Вывоз мусора при строительстве в Подмосковье: www.musorshik.ru
Архитектура ->  Канализация. Охрана окружающей среды 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 [ 57 ] 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209

§ 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.



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

Ч j

1

79,4

25,1

7,94

2,51

0,79

0,25

63,1

19,9

6,31

1,99

0,63

50,1

15,8

5,01

1,58

0,16

39,8

12,6

3,98

1,26

0,13

31,6 1

10 II

3,16

0,32

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




0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 [ 57 ] 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209