Параметр ООУ не связан непосредственно с другими характери­ стиками органического вещества: он показывает число углеродных атомов, но не степень их окисления и, следовательно, ничего не говорит о том, сколько кислорода должно быть затрачено на окисление.

Значения ОПК, ВПК и ВПК2о для некоторых веществ пред­ ставлены в табл. 2.2 и 2.3.

(примите, что при анализе ХПК наблюдается полное окисление). 1. Метан СН4

1 моль метана содержит 1 моль углерода (12 г), т. е. сточная вода

Потребление кислорода = 202 = 2 •(16 •2) = 64 г кислорода.

ХПК = 64 г/м3

2. Уксусная кислота СНзСООН £ моль уксусной кислоты содержит 1 моль углерода (12 г), т. е.

сточная вода содержала £ моль уксусной кислоты. Окисление | моль уксусной кислоты:

Потребление кислорода = 0 2 = 16-2 = 32 г кислорода.

ХПК = 32 г/м 3

Оказывается, что несмотря на идентичные показатели ООУ два типа воды сильно различаются по значениям ХПК.

2.3. Азот

Как и органические вещества, азот в сточной воде может присут­ ствовать в ряде фракций:

разлагаемый органический азот, X^N — взвешенный инертный ор­ ганический азот.

Таблица 2 .3 . Содержание углерода, ОПК, ВПК и БПК20 ДДЯ некоторых органических веществ [14]

а Рассчитано теоретически.

6 С учетом окисления азота до нитрата.

содержание азота в разных органических фракциях практически одинаково для различных типов сточных вод. В результате содер­ жание азота рассчитывают следующим образом:

где fsi.N, fxi.N и fxs.N обычно лежат в диапазоне 0,04-0,08. Концен­ трация инертного растворенного азота SI,N в обычных городских стоках колеблется от 1 до 4 г N/м 3, поэтому поддерживать низкое содержание азота на выходе из очистных сооружений не всегда просто.

Таблица 2.4. Концентрация азота и фосфора в ХПК фракций органи­ ческих веществ, содержащихся в сточных водах [20]

Втабл. 2.4 представлено типичное содержание азота и фосфора

вразличных органических фракциях городских стоков.

2.4. Ф о сф о р

Содержащийся в сточных водах фосфор можно подразделить на следующие фракции:

где Ср>0бЩ— общий фосфор, Spo4 — растворенный неорганический ортофосфат, Бпф — растворенный неорганический полифосфат,

Sp.opr — растворенный органический фосфор, Х р |0рг — взвешенный

органический фосфор.

Обычно более детальная классификация фосфорсодержащих веществ не требуется. Анализ данных фракций проводится с использованием хорошо известных лабораторных методов.

2.5. О бщ ая щ ел оч н ость

Щелочность сточной воды важно знать для оценки буферной устой­ чивости воды по отношению к кислотам и щелочам. Щелочность определяют титрованием сточной воды кислотой до pH 4,5. Чем выше значение щелочности, тем больше буферная емкость стоков.

Различные процессы обработки сточных вод приводят к из­ менению их щелочности, как это имеет место, в частности, при нитрификации, денитрификации и химическом осаждении. Обычно городские стоки со щелочностью выше 5 экв/м3 не создают проблем при проведении этих процессов, однако при более низком значении щелочности возможен сдвиг значений pH и снижение эффективно­ сти обработки воды. В то же время для процессов предосаждения низкая щелочность часто предпочтительна, так как для достиже­ ния желаемых значений pH нужно затратить меньше реагентов.

2.6. И ловы й индекс (объ ем н ы й )

Иловый индекс (объемный) (ИИ) дает информацию о флокуляции и осаждаемости ила. По определению, ИИ — это величина обратная концентрации ила в иловой фазе после получасового отстаивания в стеклянном цилиндре.

ИИ = 1/Х о ,5(обычно мл/г ВВ),

где Хо,5 — концентрация ила в иловой фазе после получасового

отстаивания.

Чем ниже ИИ, тем лучше флокуляция и осаждение ила. Если встряхивать цилиндр во время осаждения ила, то можно определить ИИ при встряхивании, эта величина меньше, чем обычный иловый индекс.

При высоких значениях ИИ (> 200 мл/г ВВ) определяют значение разбавленного илового индекса (РИИ), например, вводя фактор разведения 2. РИИ рассчитывают по формуле:

РИИ = Ь (1 /Х 0,5),

где fo — фактор разведения.

Значение ИИ около 100 м л/г обычно считают приемлемым для удовлетворительного функционирования очистной станции с актив­ ным илом. Это означает, что при указанном значении ИИ можно поддерживать удовлетворительную концентрацию возвратного ила и получать хорошее отстаивание.

Индекс плотности ила (ИПИ) — это его концентрация в фазе ила после 30 мин осаждения (= Ход).

Объем ила — это соотношение объема фазы ила через 30 мин отстаивания и исходного объема иловой смеси, выраженное в процентах.

Пример 2.3. Образец активного ила взят из аэротенка и помещен в цилиндр объемом 1 л. Концентрация ила 5 г ВВ/л (5 кг ВВ/м3).

Через 30 мин отстаивания фаза ила составляет 400 мл, вода над илом прозрачна. Определите иловый индекс, индекс плотности ила и

объем ила (%). Иловый индекс:

ИИ = 400 мл/5 г = 80 мл/г.

Индекс плотности ила: 5 г ила занимает 400 мл:

ИПИ = 5 г/400 мл = 12,5 г/л.

Объем ила: (400 мл/1000 мл) •100% = 40%.

2.7. С к ор ость ды хания ила

Скорость потребления кислорода (СПК) или скорость потребления нитрата (СПН) илом может дать важную информацию о состо­ янии ила. На рис. 2.9 показаны результаты дыхательного теста, в котором сточную воду окисляли при высокой концентрации кислорода (8-12 г/м 3), после чего аэрацию останавливали, но воду продолжали перемешивать. Скорость дыхания ила в сточной воде можно рассчитать по наклону кривой и результатам измерения концентрации ила (ХПК, ВВ или БВБ). В этом случае она прибли­ зительно равна 50 г О г/(кг БВБ •ч). Скорость дыхания активного ила порядка 20-40 г СЬДкг БВБ-ч) свидетельствует, что ил активен (в нем много живых микроорганизмов), а в сточной воде достаточна концентрация органических субстратов. Низкая скорость дыхания (5-10 г О г/(кг БВБ •ч)) может означать, например, что

-ил отравлен,

-в нем отсутствуют легко разлагаемые органические вещества,

-ил стабилизирован (например, аэробной стабилизацией).

Параллельно в эксперименте по определению нитратного ды­ хания можно обнаружить фракцию денитрифицирующих бакте­

” Кислородное дыхание (эл. экв/ч)

Рис. 2.9. Дыхательный тест со сточной водой. Показано кислородное и нитратное дыхание [15].

Пересчет концентраций кислорода и нитрата в электронные эквиваленты (эл. экв) осуществляется по следующим формулам:

32 г кислорода = 1 моль О2 = 4 эл. экв.

14 г нитратного азота = 1 моль N O J—N = 5 эл. экв.

По скорости потребления аммония (СПА) можно судить о содержании нитрифицирующих (автотрофных) бактерий [16].

Пример 2.4. Скорости дыхания образца активного ила были опреде­ лены как 32 г Ог/(кг БВБ ч) и 7 г NO3 —N/(KT БВБ ч). Найдите содержание денитрифицирующих бактерий т]ъ.

32 г Ог/(кг БВБ •ч) соответствует (32 г 62/32 г Ог) •4 эл. экв = 4 эл. экв/(кг БВБ ч). Такая скорость дыхания показывает, что ил активен и что органического субстрата достаточно.

7 г NO3 —N/(nr БВБ-ч) соответствует (7 г NO3 —N)/((14 г NOJ—N)- 5 эл. экв) = 2,5 эл. экв/(кг БВБ •ч).

7 г NO3 —И/(кг БВБ-ч) —это высокая скорость денитрификации; хороший легко разлагаемый источник углерода доступен.

% = 2,5/4 = 0,63.

Это нормальное содержание денитрифицирующих бактерий.

Ли тер а ту р а

1.АРНЕ. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 16th edition. American Public Health Association, Washington D. C. (1985).

2.VCH. Deutsche Einheitsverfahren zur Wasser-, Abwasserund SchlammUntersuchung Bd. I-III (German Standard Procedures for the Examination of Water, Wastewaters and Sludge, Volumes I-III). VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim (1989).

3. Danske standarder for analysemetoder for vand (Danish Standards for Methods of Analysis for Water). Danish Standards Association, Copenhagen.

4.DS 207. Vandunders0gelse. Suspenderet stof og gloderest (Total Non Filtrable Residue and Fixed Matter in Non Filtrable Residue). Danish Standards Association, Copenhagen (1985).

5.Popel F. (editor), Lehrbuch fur Abwassertechnik und Gewasserschutz (Textbook for Wastewater Engineering and Protection of Aquatic Environment). Deutcher Fachschriften-Verlag, Wiesbaden (1975/88).

6.Institut fur Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewasserschutz der Technischen Hochschule Wien. Klaranlage Wien-Inzersdorf, Blumental. Betriebsbericht fur den Zeitraum Oktober 1969-Oktober 1972 (Institute for Water Supply, Wastewater Treatment and Protection of Aquatic Environment, Vienna Technical University (1972): Treatment plant Wien-Inzersdorf, Blumental. Report on the operation for the period October 1969 to October 1972).

7.Lyngby-Tarbaek Kommune. Analyser fra Lyngby-Tarbaek Kommunes rensningsanlaeg i Lundtofte 1970-1977 (The Municipality of LyngbyTarbask (1977): Analyses from the treatment plant in Lundtofte, owned by the Municipality of Lyngby-Tarbaek, 1970-1977), Lyngby, Denmark.

8.Metcalf & Eddy, Inc., Wastewater Engineering. Treatment, Disposal and Reuse. McGraw-Hill Book Company. New York, N.Y. (1991).

9.Gotaas Я.В., Effect of Temperature on Biochemical Oxidation of Sewage.

Sewage Works Journal, 20, 441-477 (1948).

10.Frederiksen 7., Om nedbrydningshastigheden af sukkerholdigt spildevatnd (About the degradation rate for Wastewater containing carbohydrate). Hedeselskabets Tidsskrift, 84, 136-143 (1963).

11.DS. 5 dogns biokemisk oxygenforbrug (BOD) (Water analysis — Determination of biochemical oxygen demand (BOD)). Danish Standards Association, Copenhagen. (DS/R 254) (1977).

12.Henze M., BOD (eller BI5 analysen (The BOD (or BOD5) analysis). Vand & Milj0,3,30-31) (1986).

13.Henze М., Grady С. Р. L, Gujer W., Marais G. v. R., Matsuo T.,

Activated Sludge Model No. 1. IAWPRC, London. (IAWPRC Scientific and Technical Reports No. 1) (1987).

14.Busse H. J., Instrumentelle Bestimmung der organischen Stoffe in Wassern (Instrumental Determination of Organic Matter in Waters). Z. f. Wasser- und Abwasser-Porschung, 8, 164-176 (1975).

15.Henze M., Nitrate Versus Oxygen Utilization Rates in Wastewater and Activated Sludge System. Wat Sci. Tech., 18, (6), 115-122 (1986).

16.Kristensen G. H., Jorgensen P. E., Henze M., Characterization of Functional Groups and Substrate in Activated Sludge and Wastewater by AUR, NUR and OUR. Wat Sci. Tech., 25, (6), 43-57 (1992).

17.Gujer W., Henze M., Activated Sludge Modelling and Simulation. Wat Sci. Tech., 23, Kyoto, 1011-1023 (1991).

18.Kappeler J.} Gujer W., Estimation of Kinetic Parameters of Heterotrophic Biomass Under Aerobic Conditions and Characterization of Wastewater for Activated Sludge Modelling. Wat Sci. Tech., 25, (6), 125-139 (1992).

19.Gillberg L., Eger L., Jepsen S. E., Effect of Coagulants on Particle Distribution and Concentration. I; Chemical Water and Wastewater Treatment, Ed: H. H. Hahn and R. Klute. Springer Verlag, Heidelberg

22.Gujer W, Henze M, Takashi M, Van Loosdrecht M. С. M., Activated Sludge Model No. 3. In: Activated sludge models ASM1, ASM2, ASM2D and ASM3 (Henze M., Gujer W., Mino T., Loosdrecht M. С. M., editors). Scientific and Technical Report No. 9, 99-121, IWA Publishing, London

(2000).

23.Henze M., Kristensen G. H., Strube R., Determination of organic matter and nitrogen in wastewater. Department of Environmental Engineering, Technical University of Denmark, Lyngby, Denmark (1992).

24.Lie E We l a nde r T., Determination of volatile fatty acid potential of wastewater from different municipal treatment plants. Water Res., 31, 1269-1274 (1997).