Для контроля очистки сточных вед необходимо знать состав исходного сырья, т. е. характер и концентрацию загрязнений, следить за правильностью процесса очистки на разных его этапах, а также иметь характеристику получаемых продуктов — очищенной сточной воды, выпускаемой в водоем, и отходов (осадков, активных илов, газов брожения и т. п.).
Общие требования. Организация контроля перечисленных параметров технологического процесса очистки сточных вод существенно упрощается, если на стадии проектирования сооружений. предусматриваются специальные устройства, механизмы и приборы.
При изложении схем контроля технологического процесса па эксплуатационных очистных сооружениях в качестве примеров работающих сооружений использованы поля орошения и фильтрации, станции аэрации и водоем.
Отбор проб воды, загрязненной нефтепродуктами, имеет особенности, связанные с различными формами нахождения нефтепродуктов в воде (растворенные, эмульгированные, адсорбированные на нерастворимых взвесях и осадках, плавающие в виде пленки или слоя). Если нефтепродукты находятся в виде пленки, то для отбора прббы применяют специальный прибор с бумажным фильтром, и результаты анализа выражают в миллиграммах нефтепродуктов на 1 м2 поверхности.
Цветность вод, содержащих большие количества взвешенных веществ, определяют после отстаивания или фильтрования. Объективно определить цветность пробы довольно трудно; если определить цвет нельзя, оттенок и интенсивность описывают словесно. В качестве основного применяется визуальный метод просмотром слоя (на белом фоне) исследуемой воды толщиной 10 см. Кроме того, цветность определяют сравнением стандартных растворов хлороплатината калия и хлорида кобальта. При определении цветности пробы не консервируют. Определение проводят через два часа после отбора пробы.
Электрометрическому измерению не мешают окраска, мутность, взвесь, свободный хлор, присутствие окисляющих или восстанавливающих веществ или повышенное содержание солей в пробе. Точность электрометрического определения снижается при пользовании загрязненными электродами. Для исследования сильно загрязненных проб следует иметь отдельный электрод, применяемый только для этой цели. Если необходимо обезжирить электрод, то пользуются куском тонкой материи, смоченной эфиром или раствором синтетического моющего средства. Затем несколько раз промывают электрод дистиллированной водой, вытирая его каждый раз для удаления обезжиривающего вещества. При необходимости электрод регенерируют погружением на 2 ч в 2%-ный водный раствор соляной кислоты с последующей тщательной промывкой дистиллированной водой. В нерабочее время электрод следует хранить в дистиллированной воде.
Принцип. В основе определения лежит взаимодействие нона аммония с реактивом Несслера, в результате чего образуется йодистый меркураммоний желтого цвета.Мешающие влияния. Алифатические или ароматические амины, органические хлорамины, спирты, альдегиды и ацетой мешают определению, так как образуют с реактивом Несслера продукты желтоватого или зеленоватого цвета или нерастворимые соединения.
Принцип. Метод основан на способности азота нитритов В кислой среде образовывать с ароматическими аминами диазосоединения. Сульфаниловая кислота диазотируется азотистой кислотой, а образовавшиеся диазосоединения с а-нафтиламином образует азокраситель малинового цвета.
Определение по Грандвалю и Ляжу. Принцип. При добавлении раствора фенола в серной кислоте к нитратам образуется пикриновая кислота, которая после прибавления аммиака дает пикрат аммония — соединение желтого цвета.
Определение с молибдатом. Принцип. В разбавленном растворе фосфатов молибдат аммония реагирует в кислой среде с образованием молибденофосфорной кислоты, которая восстанавливается оловом до интенсивного окрашенного комплекса голубого цвета.
Принцип. Под общим фосфором понимают все виды фосфатов, содержащихся в воде, — растворимые и нерастворимые, неорганические и органические. После минерализации в присутствии окиси магния определяют общий фосфор осаждением в виде фосформолиб-дата.
Аппаратура. Колба Кьельдаля с втулкой (рис. 9), аппарат Кьельдаля для отгонки (рис. 10).Реактивы. Серная кислота (плотность 1,84) химически чистая, не содержащая окислов азота.Едкий натр, 33%-ный водный раствор.
Принцип. Величина окисляемости воды характеризует содержание в ней легкоокисляющих веществ: органических и некоторых неорганических соединений. Количество кислорода (мг/л), эквивалентное расходу окислителя, характеризует величину окисляемости. Если устранить влияние мешающих неорганических примесей (закис-ного железа, нитритов, сероводорода), то результаты определения окисляемости дают косвенное представление о содержании в воде органических веществ.
Определение по Винклеру применяется для анализа растворенного кислорода в очищенной воде и воде водоемов.Принцип. Метод основан на образовании гидрата закиси марганца в испытуемой воде. Под влиянием растворенного в воде кислорода гидрат закиси марганца быстро переходит в высшие окислы марганца, которые при подкислении в присутствии солей йодистоводородной кислоты выделяют йод в количестве, эквивалентном кислороду, содержащемуся во взятой пробе воды. Этим методом пользуются при содержании в воде не выше 0,1 мг/л азота нитритов и не более 10 мг/л окисного железа. Другие окислители или восстановители должны отсутствовать.
Биохимическое потребление кислорода определяют количеством кислорода в миллиграммах на литр, которое требуется для окисления находящихся в воде органических веществ. Метод заключается в следующем: отобранную пробу воды насыщают кислородом воздуха, встряхивая в течение 1 мин; разделяют на четыре кислородные склянки и в первых двух определяют содержание кислорода тотчас, в двух других — после 5-суточного хранения в темноте. Уменьшение содержания кислорода (БПК за 5 сут) обусловлено главным образом протекающими в аэробных условиях биохимическими процессами, которые приводят к распаду (минерализации) органического вещества. Скорость окисления органического вещества и, следовательно, время, необходимое для полной его минерализации, зависит от природы вещества. Как показали исследования, в водах, загрязненных хозяйственно-бытовыми стоками, минерализация нестойких органических веществ при 20° С заканчивается через 10 сут, окончательная его стабилизация (полное БПК) наступает по истечении 20 сут.
Принцип. Проба на загниваемость с метиленовой синей при 20° С показывает, за какой срок потребляется запас кислорода находящимися в воде биохимически окисляющимися органическими веществами. Этот запас состоит из растворенного кислорода и кислорода, выделяющегося из нитритов и нитратов в процессе денитрификации. Присутствие в пробе токсинов, которые подавляют активность дегид-раз-ферментов, активирующих водород субстрата, тормозит процесс обесцвечивания метиленовой синей, что позволяет получить представление о содержании в пробе промышленных стоков.
Общее содержание примесей. Определяют выпариванием определенного объема пробы на водяной бане, высушиванием остатка при 105° С до постоянной массы и взвешиванием. Для определения остатка после прокаливания сухой остаток, полученный после выпаривания, прокаливают в электрической печи при 600° С до постоянной массы и после охлаждения в эксикаторе взвешивают. Потерю при прокаливании находят по разности. Общее содержание примесей можно также найти по сумме взвешенных и растворенных веществ.
Определение по Фольгарду. Принцип. Хлор-ион осаждают раствором нитрата серебра. Избыток серебра оттитровывают роданидом калия в присутствии железоаммиачных квасцов в качестве индикатора.Реактивы. Нитрат серебра, 0,05 н. водный раствор. В 1 л дистиллированной воды растворяют 8,5 г. Хранят в темной склянке.
Иодометрическое определение. Принцип. Хлор выделяет йод из раствора йодида. Выделенный йод титруют раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала.Мешающие влияния. В очищенных сточных водах могут содержаться нитриты, нитраты, соли железа, которые реагируют с йодистым калием в сильно кислом растворе, если реакцию вести с ацетатным буферным раствором pH 4,6, то мешающие влияния нитритов (до 5 мг/л) и окисного железа (до 5 мг/л) не проявляются. В присутствии значительных количеств органических веществ результаты искажаются.
Фотометрическое определение. Принцип. Количественное определение фенолов основано на способности летучих фенолов перегоняться с водяным паром. Предварительно сложные фенолы и их соединения осаждают сернокислой медью. Для выделения летучих фенолов осадок подкисляют концентрированной серной кислотой и кипятят. В качестве реагента при определении фенолов используют диметиламиноантипирин (пирамидон). Он образует с фенолами соединение, окрашенное в розовато-сиреневый цвет, а в смеси изо-амилового спирта и хлороформа — в желто-коричневый цвет.
Под нефтепродуктами условно принимают содержание в воде неполярных и малополярных соединений, экстрагируемых к-гексаном (петрслейным эфиром). Это ограничивает понятие нефтепродукты углеводородами (алифатическими, алициклическими, ароматическими), являющимися основной составной частью нефти. В настоящем руководстве для определения содержания нефтепродуктов в воде предлагаются четыре метода — весовой, турбидихроматографический, ускоренный адсорбционно-люминисцентный н газохроматографический.
Определение анионоактивных СПАВ. Принцип. Метод основан на образовании растворимого в хлороформе комплексного соединения метиленового синего с анионоактивными веществами, окрашенного в голубой цвет (метиленовая синяя в хлороформе не растворяется).
Принцип. Метод основан на разделении извлеченных из воды красителей в тонком слое алюминия в процессе капиллярного поднятия спирто-водного раствора. Количественно красители определяют колориметрически после элюирования с соответствующих хроматографических зон специально подобранной системой растворителей.
Цианиды встречаются в воде в виде ионов или в виде слабодис-социированной и весьма летучей токсичной синильной кислоты, что зависит от реакции среды. Они могут находиться в комплексных соединениях с некоторыми металлами (цинком, кадмием, медью, никелем, кобальтом, двух- и трехвалентным железом и др.).
Принцип. Анализируемую воду подкисляют до рН<5 и ппо-дувают инертным газом (азот, углекислый газ). Газ проходит через систему из трех последовательно соединенных склянок Дрек-селя, содержащих подкисленный до pH 3 раствор хлорида кадмия. Сероводород реагирует с поглотителем, образуется осадок сульфида кадмия желтого цвета, другие примеси, отдуваемые с током газа, не реагируют с хлоридом кадмия в кислой среде.
Основными источниками загрязнения городских сточных вод тяжелыми металлами являются стоки машиностроительной, электротехнической, радио- и приборостроительной, электронной, химической (железо, хром, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, свинец, титан, мышьяк), полиграфической (хром, медь, цинк, никель), текстильной (хром, медь, цинк, никель), кожевенной (хром), меховой (хром, цинк), нефтеперерабатывающей (свинец, медь), бумажной (цинк), резиновой (медь) и деревообрабатывающей (медь, цинк) отраслей промышленности.
Принцип. Для определения условий приема промышленных стоков или отдельных ингредиентов в городскую канализацию необходимо знать: предельно допустимую концентрацию (ПДК) исследуемого ингредиента в воде водоема; степень разбавления данного промышленного стока при поступлении в городскую канализацию или на очистную станцию; степень разбавления очищенных сточных вод водой водоема, согласованную в установленном порядке с органами по регулированию использования и охране вод Минводхоза СССР, санитарно-эпидемиологической службы и рыбоохраны; степень удаления или степень распада исследуемого ингредиента в процессе очистки.
Средняя плотность. Отбросы, доставленные в лабораторию, выкладывают на поднос, тщательно перемешивают, плотно укладывают во взвешенное трехлитровое ведро и взвенИ1ают. Полученную массу отбросов делят на 3 и получают среднюю плотность.
Принцип. При санитарно-бактериологическом анализе сточных вод бактериальными показателями ее загрязнения чаще всего являются сапрофитные бактерии, способные расти на стандартных питательных средах и указывающие на наличие легко разлагающихся органических веществ, и бактерии — обитатели кишечника человека и теплокровных животных, указывающие на загрязнение воды фекальными массами. Метод заключается в определении в 1 мл воды общего содержания мезофильных аэробных и факультативных анаэробных бактерий, способных расти на питательном агаре при температуре 37±0,5°С в течение 24±2 ч, образуя колонии, видимые при увеличении в 5 раз.
Обнаружение яиц паразитических червей (гельминтов) человека и животных во внешней среде наряду с кишечной палочкой является прямым показателем ее фекального загрязнения и может служить критерием эффективности проводимых санитарных мероприятий. По условиям развития различают гео- и биогельминты, заболевания, вызываемые ими, — соответственно гео- и биогельминтозы.
Реактивы для.фиксации. Осмиевая кислота, 1%-ный водный раствор. Пары осмиевой кислоты очень ядовиты, поэтому для приготовления раствора вскрытую ампулу сразу бросают в склянку и доливают отмеренное количество дистиллированной воды. Хранят в темной склянке с хорошо притертой пробкой и притертым колпачком.
Принцип метода. Санитарное состояние водоема оценивают физико-химическим, бактериологическим и биологическим методами, особое значение приобретают в последнее время токсикологические методы. Наилучших результатов можно достигнуть путем применения совместно всех этих методов обследований и сопоставления полученных результатов.
Реакция среды (pH). Биохимические процессы, происходящие на очистных сооружениях, зависят от реакции сточных вод или осадка. На больших станциях аэрации (производительностью более 500 тыс. м3/сут) реакция (pH) сточной воды колеблется незначительно: от 7,6 до 7,8, повышаясь в процессе очистки до 8, т. е. находится в пределах оптимальной реакции для развития большинства микроорганизмов (pH 7—8). На маленьких станциях аэрации могут быть залповые сбросы кислых или щелочных вод, что может привести к нарушению процесса очистки. Для таких станций обязателен постоянный контроль реакции среды поступающих сточных вод. Повышение кислотности среды в метантенках приводит к их закисанию и нарушению работы. Причина этого явления чаще всего — перегрузка метантенков свежим осадком, реже — вредное действие промышленных стоков.
Приведенный расчет сделан для модели аппарата идеального вытеснения (рис. 31). В этом случае при поршневом режиме движения элементарный объем жидкости площадью 5 и длиной Д/ должен покинуть сооружение в момент времени, равный р = /5/ . Идеальная картина движения жидкости в реальных сооружениях может иметь значительные отклонения, вызванные струнным течением, циркуляцией и перемешиванием жидкости в сооружении или наличием застойных зон и другими причинами. Чтобы определить действительные условия течения жидкости, необходимо располагать данными о пребывании отдельных элементов потока жидкости в рассматриваемом сооружении. Для этого обычно используют экспериментальный метод исследования, основанный на изменении состава входного потока жидкости и изучении при этом изменений на выходе из сооружений. Обычно с этой целью во входной поток вводят инертное вещество (индикатор) и изучают изменение его концентрации в выходном потоке— отклик на входное возмущение (рис. 32). Наиболее распространен импульсный способ ввода индикатора, при котором- весь индикатор вводится в основной поток за короткое время (мгновенно). В качестве индикатора используют вещества, имеющие малый объем по сравнению с объемом исследуемого сооружения; инертные по отношению к сточной воде; не сорбирующиеся взвешенными веществами, которые находятся в потоке. Определить действительное время пребывания сточной воды в сооружении можно двумя методами.
Приток и характеристика сточ н ы х вод. Технологический анализ работы очистной станции начинается с определения количества и качества сточных вод (см. главу 15 и прил. 4).Сточная вода обычно поступает на станцию неравномерно, что оценивается коэффициентами суточной, часовой и общей неравномерности. Поскольку технологические показатели работы отдельных сооружений (время пребывания, период аэрации и т. д.) рассчитываются по среднесуточному притоку, при анализе следует учитывать неравномерность поступления сточных вод. Еще больше меняется концентрация загрязнений сточных вод: летом, как правило, концентрация ниже, чем зимой. Иногда наблюдается повышение концентрации загрязнений летом, что связано с отключением в городе для ремонта системы горячего водоснабжения. Обычно резко снижается концентрация загрязнений в воскресные и праздничные дни, когда не работают промышленные предприятия.
На станциях очистки сточных вод необходимо составлять ежемесячно технологические отчеты о работе отдельных очистных сооружений. Формы отчетов даны в приложении 4. Для составления отчета используются данные журналов лабораторий (качественные показатели) и данные журналов цехов (количественные показатели). В табл. 15 приведены формулы, по которым рассчитывают основные параметры работы отдельных очистных сооружений за месяц. На основании месячных технологических отчетов составляют квартальные и годовые. В отчетах количественные показатели (число часов работы, ремонта, количество сточных вод, осадка, ила, воздуха и т. п.) суммируют, качественные показатели (взвешенные вещества, БПК, ХПК и т. п.) подсчитывают как среднеарифметические данные за 12 мес. При значительных изменениях расходов сточных вод или осадка качественные показатели рассчитывают как среднепропорциональные расходу сточных вод или количеству осадка (например, при подсчете влажности). Основные параметры работы отдельных сооружений (время пребывания, нагрузки и т. п.) рассчитывают по формулам для составления ежемесячных отчетов (см. табл. 15). В формулы вместо данных за месяц (число часов работы, количество сточных вод, осадка и т. п.) помещают данные за квартал или год.
В лабораториях очистных станций придается большое значение безопасным методам труда. Обучение всех работающих проводится ежегодно. В программу занятий включают основные сведения по охране труда и законодательству в СССР, правила безопасных работ в лаборатории, на очистных сооружениях станции, на водоемах и промышленных предприятиях. Кроме того, имеется специальный раздел о несчастных случаях в лаборатории и оказании первой медицинской помощи. Теоретические и практические занятия по этому разделу ведет медицинский работник. Занятия проводятся по утвержденной программе, заканчиваются проверкой знаний и оформляются протоколом.
Первая помощь при ожогах. Во всех случаях, когда обожжена значительная часть тела, надо немедленно обратиться к врачу.Первая помощь при ранениях. Не промывать рану водой. Если возможно очистить рану (вынуть стекло и др.), пользуясь стерильной марлей или пинцетом. Смазать кожу вокруг раны 3%-ным спиртовым раствором йода. При порезе присыпать рану порошком белого стрептоцида и забинтовать, при сильном кровотечении наложить жгут, покрыть рану стерильной повязкой и обратиться к врачу.
Склянки вместимостью 250—500 мл, 1 и 3—4 л Бутыли объемом 5—6 л.Кружки фарфоровые вместимостью 250—300 мл и 1 л.Банки с крышками вместимостью 500—700 мл и 1 л.Ковши металлические объемом 500—700 мл с деревянной ручкой.