CC BY
263
УДК 576.8:620
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СТОЧНЫХ ВОД ДЛЯ ОПЕРАТИВНОЙ ОЦЕНКИ
ИХ СТАБИЛЬНОСТИ
В.А. Юрченко, профессор, д.т.н., Я.С. Дяговец, студентка, ХНАДУ, Е.А. Юхно, м.н.с., УГНИИ УкрВОДГЕО, г. Харьков
Аннотация. Определяли окислительно-восстановительные характеристики (Eh, rH2) и относительную стабильность сточных вод различных промышленных предприятий и городских сточных вод на различных этапах обработки. Установлены корреляционные зависимости между окислительно-восстановительными показателями и относительной стабильностью сточной воды.
Ключевые слова: сточная вода, окислительно-восстановительный потенциал, относительная стабильность воды, rH2.
ВИКОРИСТАННЯ ОКИСНО-В1ДНОВНИХ ПОКАЗНИК1В СТ1ЧНИХ ВОД ДЛЯ ОПЕРАТИВНО! ОЦ1НКИ 1Х СТАБ1ЛЬНОСТ1
В.О. Юрченко, професор, д.т.н., Я.С. Дяговец, студентка, ХНАДУ, О.О. Юхно, м.н.с., УДНД1 УкрВОДГЕО, м. Харк1в
Анотаця. Визначали окисно-в1дновш характеристики (Eh, rH2) i в1дносну стабтьтсть ст1ч-них вод рiзних промислових тдприемств i мiських стiчних вод на рiзних етапах обробки. Вста-новлено кореляцШт залежностi мiж окисно^дновними показниками i вiдносною стабшьтстю стiчноi води.
Ключов1 слова: стiчна вода, окисно^дновний потенщал, вiдносна стабтьтсть води, rH2..
USE OF REDUCTION-OXIDATION INDICATORS OF SEWAGE FOR OPERATIVE
ESTIMATION OF THEIR STABILITY
V. Yurchenko, Professor, Doctor of Technical Sciences, I. Dyagovets, student, KhNAHU, О. Yukhno, junior research worker, SCIM UkrWodGeo, Kharkiv
Abstract. Reduction-oxidation specifications (Eh, rH2) and the relative stability of sewage of different industrial enterprises and urban sewage on different stages of treatment are determined. Cross-correlation dependences between reduction-oxidation indicators and the relative stability of sewage are determined.
Key words: sewage, reduction-oxidation potential, relative stability of water, rH2.
Введение
Биологическая очистка сточных вод защищает природные водоемы от загрязнения жидкими промышленными и антропогенными отходами. Одним из наиболее значимых факторов, обеспечивающих надежность биологической очистки сточных вод, является со-
ответствие концентраций загрязняющих веществ в поступающих стоках ПДК для биологических очистных сооружений [1].
Анализ публикаций
Анализ поступающих на сооружения сточных вод производят раз в сутки, и это зани-
мает несколько часов [2, 3]. Поэтому после выявления превышений по концентрациям загрязняющих веществ в поступающих сточных водах уже невозможно отвести их для разбавления, детоксикации или иных действий, снижающих токсическое воздействие на активный ил. Последствия воздействия залповых концентраций на активный ил чрезвычайно опасны для природной среды - активный ил на длительный период времени может утратить свои основные технологические свойства - сорбционные, окислительно-деструктивные и седиментационные показатели [4, 5]. В результате этого кардинально снижается эффект очистки, а загрязнения сточных вод транзитом проходят очистные сооружения и со значительными превышениями ПДК поступают в природные водоемы. Таким образом, снижается надежность работы очистных сооружений и надежность обеспечения экологической безопасности природных водоемов. Одним из направлений решения этой проблемы является оперативное выявление токсических веществ в сточных водах, поступающих на очистные сооружения. В настоящее время потребность в методиках оперативного контроля сточных вод, особенно осуществляемых с помощью датчиков, для раннего оповещения об опасности состава сточных вод для активного ила, чрезвычайно острая.
Среди показателей воды, определяемых очень оперативно в течение нескольких секунд физико-химическим методом с помощью электродов, окислительно-восстановительные характеристики - ЕЬ и гИ2.
Цель и постановка задачи
Целью настоящей работы является выявление корреляции между окислительно-восстановительными характеристиками сточной воды и показателями, отражающими уровень опасности сточной воды для активного ила.
Определение окислительно-восстановительных показателей и загниваемости различных категорий сточных вод
Биологическая очистка сточных вод в аэро-тенках представляет собой окислительный процесс, который осуществляют аэробные микроорганизмы в присутствии кислорода [5-7]. Соотношения окислительных и вос-
становительных процессов характеризуется окислительно-восстановительными показателями - ЕЬ (ОВП) и гИ2. ОВП возникает между восстановленной и окисленной формой вещества. В условиях равновесия его значение определенным образом характеризует водную среду и позволяет делать некоторые общие выводы о химическом составе воды.
Неочищенные сточные воды имеют низкие значения окислительно-восстановительных показателей не только из-за высоких концентраций органических соединений, но и из-за присутствия неорганических восстановителей (сероводород, нитриты, Ре2+), поступающих в составе промышленных сточных вод и образующихся в анаэробных процессах при транспортировании сточных вод сетями во-доотведения. Особую опасность для работы биологических очистных сооружений представляет собой сероводород, который инициирует развитие нитчатых микроорганизмов - возбудителей «вспухания» активного ила и радикального ухудшения одной из главных его технологических характеристик - способности самопроизвольно отделяться от очищенной сточной воды. Однако и другие восстановители являются негативными факторами для аэробных процессов в очистных сооружениях [6-8]. Таким образом, окислительно-восстановительные характеристики могут служить показателем уровня опасности сточных вод для активного ила. С другой стороны, соотношение окислительных и восстановительных процессов в сточных водах отражает известный показатель качества сточных вод - загниваемость или относительная стабильность [5].
Относительной стабильностью или стойкостью сточных вод называется отношение запаса кислорода в воде (растворенного, нит-ритного и нитратного) к БПКполн этих сточных вод. За эту величину принимают время, необходимое для использования содержащегося в воде кислорода в присутствии метиле-новой сини как индикатора.
Показатель стабильности сточной воды является очень важным для оценки ее опасности для активного ила, но его определение может продолжаться несколько дней. Перспективным представлялось установление корреляции между относительной стабильностью сточных вод и оперативно определяемыми
окислительно-восстановительными показателями.
Исследования проводили при анализе сточных вод, поступающих на Безлюдовские очистные сооружения г. Харькова и обрабатываемых на механических и биологических очистных сооружениях.
Загниваемость определяли по методике [5] при введении в колбы (объемом 100 мл), заполненные сточной водой, 0,4 мл 0,5 % рас-створа метиленовой сини. Колбы закрывали стеклянными пробками «на излив». Инкубацию проб выполняли в темноте при температуре 20 °С. Число суток, прошедшее до момента обесцвечивания жидкости в пробе, является сроком начала загнивания этой жидкости.
Относительную стабильность сточных вод для 1=20 °13С рассчитывали по формуле
5 = (1 - 0,794т) -100, (1)
где 5 - относительная стабильность или стойкость сточной жидкости, %; т - количество суток, в течение которых израсходован весь кислород (срок начала загнивания).
Для определения Ек сточных вод использовали портативный потенциометр, платиновый измерительный электрод и хлорсеребря-ный электрод сравнения. гИ2 рассчитывали по формуле
Ек
тН2 = — + 2 - рН , (2)
рН определяли электрометрически с помощью комбинированного электрода.
При перенасыщении среды кислородом гН2=41. Если среда насыщена молекулярным водородом, то гН2=0. При гН2 меньше 16 свободный кислород в водной среде отсутствует. Равновесие окислительных и восстановительных процессов характеризуется гН2=28. Анаэробные микроорганизмы и высокая активность анаэробных процессов наблюдается при гН2=8-10, аэробных процессов - при гН2=10—30. Факультативно анаэробные микроорганизмы жизнеспособны при гН2=0-30 [6, 9]. Низкие значения гН2 (меньше 12) свидетельствуют о высокой концентрации восстановителей в среде, а следовательно, о не-
благоприятных условиях для окислительных и окислительно-деструктивных микробиологических процессов.
Значения относительной загниваемости сточных вод отдельных промышленных предприятий, сточных вод, поступающих на городские очистные сооружения и после биологической очистки, представлены в табл. 1.
Таблица 1 Характеристики сточных вод
№ Сточные воды рН 5, %
1 Поступающая 6,01 0
2 Выход с очистных сооружений 7,33 100
Промышленные сточные воды
3 Молокозавод «Ромол» 6,28 67,6
4 Станкостроительный завод 6,40 38,2
5 ГПЗ-8 11,10 100
6 Пивзавод «Рогань» 6,41 18,7
7 Харьковский тракторный завод 6,41 0
Как свидетельствуют данные табл.1, сточная вода, поступающая на очистные сооружения, совершенно нестабильна, но после очистки ее стабильность возрастает до 100 %. Это обусловлено преобладанием анаэробных процессов в сточных водах при их транспортировании сетями водоотведения и преобладанием окислительно-деструктивных микробиологических и химических процессов в биологических очистных сооружениях. После обработки сточных вод в них нет соединений-восстановителей, а следовательно, их гниение подавлено. Из промышленных сточных вод самая высокая стабильность у воды предприятия металлообрабатывающей промышленности - ГПЗ-8, а самая низкая - у сточных вод предприятия пищевой промышленности. Это, вероятно, обусловлено тем, что сточные воды пищевых производств содержат большие концентрации органических соединений, в том числе так называемых редуцирующих веществ, которые служат удобным субстратом для анаэробных микробиологических процессов, из которых наиболее экологически опасным является сульфатре-дукция - образование сероводорода при восстановлении сульфатов.
Сточные воды других промышленных предприятий - пищевой и машиностроительной
отраслей промышленности, имеют низкие показатели.
составляла 0,5-1,3; 14.04 - 1,6-2,3; 04.08 -3,0-5,1 мг/дм3.
При одновременном определении стабильности, окислительно-восстановительного потенциала Eh (ОВП) и гИ2 исследовали сточные воды по этапам очистки сточных вод (табл. 2).
Таблица 2 Значения окислительно-восстановительных характеристик сточных вод и динамика обработки на очистных сооружениях
Корреляционные зависимости этих величин представлены на рис. 1, 2.
Место отбора проб Окислительно-восстановительные показатели сточных вод
27.03.2009 04.08.2009
Eh гИ2 Eh гИ2
Поступающие:
до каскада 30 16,2
после каскада 25 16,3 -105 12,1
После общего выхода из песколовок 23 16,2
После 1-го отстойника
1 линии 49 17,0
2 линии 65 17,5 -96 10,8
После аэротен-ков (чаша 1) 381 28,1
А1 330 26,8
А4 370 27,9
А5 279 24,7
После 2-го отстойника 374 27,9 297 25,7
Как видно из данных табл. 2, на этапах механической очистки (каскад решетки-песколовки) значения Eh практически не изменяются. Значения гИ2 несколько снижаются, что свидетельствует об усилении восстановительных свойств сточных вод после отстаивания в первичных отстойниках. В процессе биологической очистки окислительно-восстановительные характеристики сточных вод радикально изменяются: Eh возрастает приблизительно на 300 мв, а гИ2 повышается практически в 2 раза, что свидетельствует о полном подавлении восстановительных процессов и окислении восстановителей. И более значимо этот процесс отражает гИ2. Как известно, именно этот показатель более корректно, чем Eh, отражает окислительно-восстановительные характеристики среды. Необходимо также отметить, что Eh поступающей сточной воды, а особенно гИ2, количественно отражают резкое повышение концентрации в воде сероводорода: 27.03 она
-не-
♦ 60
1» ♦ ♦—♦ ♦
-100 0 100 200 300 400 500 600
ЕЙ, мВ
Рис. 1. Зависимость загниваемости сточных вод от её окислительно-восстановительного потенциала
608, %
♦
♦ / ♦ ♦
,0 5 ,0 1 ),0 1 5,0 2 0,0 2 5,0 3 0,0 3
5,0
-20
Рис. 2. Зависимость загниваемости сточных вод от её гИ2
Как видно, между значениями окислительно-восстановительных характеристик среды и значением относительной стабильности воды существует определенная зависимость. Коэффициент корреляции между окислительно-восстановительным показателем (Е^ и стабильностью сточной воды (5) составляет 0,60, между 5 и гИ2 - 0,64.
Выводы
На основании выполненных исследований можно сделать следующие выводы:
- окислительно-восстановительные характеристики сточных вод являются оперативно определяемыми показателями;
8, %
80
гН2
- окислительно-восстановительные характеристики среды, особенно гН2, количественно отражают нарастание содержания сероводорода в поступающей сточной воде - чрезвычайно опасного для активного ила соединения;
- окислительно-восстановительные характеристики сточных вод коррелируют со значениями стабильности, что позволяет использовать эти оперативно определяемые показатели для оценки загниваемости воды и опасности ее состава для активного ила.
Литература
1. Правила приймання стних вод тдпри-
емств у комунальнi та вiдомчi системи каналiзацil населених пунктов Укра1ни : наказ Держбуду Украши № 37 вiд 19 лютого 2002 р. // Офщшний вюник Украши. - 2002. - № 19. - С. 46. -Ст. 968. - Код акта 22362/2002.
2. СЭВ «Унифицированные методы исследо-
вания качества вод». Ч. 1, Т.1. - М. : Изд-во СЭВ, 1987. - 570 с.
3. Лурье Ю. Ю. Аналитическая химия про-
мышленных сточных вод / Ю. Ю. Лурье. - М. : Химия, 1984. - 447 с.
4. Очистка сточных вод : пер. с англ. / под
ред. Хенце М., Армоэс П., Ля-Кур-Янсен Й., Арван Э. - М. : Мир, 2004. -480 с.
5. Возная Н. Ф. Химия воды и микробиоло-
гия : учеб. пособие для вузов / Н. Ф. Воз-ная. - М. : Высш. школа, 1979. - 340 с.
6. Горленко В. М. Экология водных микро-
организмов / В. М. Горленко, Г. А. Дубинина, С. И. Кузнецов. - М. : Наука, 1977. - 289 с.
7. Гусев М. В. Микробиология / М. В. Гусев,
Л. А. Минеева. - М. : Изд-во МГУ, 2004. - 376 с.
8. Жизнь микробов в экстремальных услови-
ях / Под ред. Д. Кашнера. - М. : Мир, 1981. - 364 с.
9. Защита от коррозии, старения и биоповре-
ждений машин, оборудования и сооружений: справ. : В 2 т. / Под ред. А. А. Герасименко. - М. : Машиностроение. 1987. - Т.1. - 688 с.
Рецензент: А. В. Гриценко, профессор, д. геогр. н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 12 октября 2009 г.
