Санитарно-химический анализ бытовых сточных вод

Санитарно-химический анализ бытовых сточных вод

Сточные воды - сложная неоднородная система, загрязненная разнообразными веществами, которые представлены в ее составе в растворенном и нерастворенном виде, а также в коллоидном состоянии.

В составе сточных вод всегда есть органические и неорганические элементы загрязнений. Вещества органического происхождения в бытовых стоках представлены белками, углеводами, жирами и продуктами физиологической переработки.

Помимо этого, в бытовых сточных водах содержатся и крупные примеси – отходы растительного происхождения, бумага, тряпье, а также синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ). Неорганические элементы содержатся в сточной воде в виде ионов хлора, натрия, кальция, магния, калия,  карбонатов и сульфатов. Также сточные воды характеризуются наличием таких элементов, как углерод, азот, фосфор, сера, калий.

В составе сточных вод обязательно присутствуют и биологические загрязнения, в виде плесневых и дрожжевых грибков, яиц глистов, бактерий, в основном выделенных человеком, мелких водорослей, вирусов. Именно из-за присутствия биологических загрязнений сточные воды представляют значительную опасность для человека, растительного и животного миров в эпидемиологическом плане.

Чтобы определить состав сточных вод необходимо сделать множество различных анализов, как химических, так и санитарно-бактериологических. Для оценки бытовых сточных вод делают санитарно-химические анализы полного и сокращенного типа.

Полный санитарно-химический анализ - это условное понятие, поскольку проведение даже не одного десятка исследований не позволит получить исчерпывающее представление обо всем множестве составляющих сточной воды.

Есть достоверные и авторитетные разъяснения о том, что безусловной доскональности состава получить почти что невозможно и прилагать усилия для достижения этого не следует. Характеристики, несущие «технологические сведения», т.е. позволяющие осуществлять контроль процесса очистки сточных вод и управление этим процессом, а также делать заключение о санитарно-эпидемиологическом состоянии воды, принято считать обязательными.

Полный анализ предполагает определение таких показателей, как окрас, запах, температура и прозрачность воды, значение pH, наличие сухого остатка и убыли при прокаливании этого остатка, наличие плотного осадка и убыль при прокаливании плотного остатка, объем взвешенных веществ и потери при их прокаливании, объем и вес оседающих веществ, биологическая потребность в кислороде (БПК) и химическая потребность в кислороде  (ХПК), процент содержания нитратного, аммонийного, нитритного и общего азота, сульфатов, хлоридов и фосфатов, концентрация токсичных веществ, процент содержания СПАВ, концентрация растворенного кислорода, наличие биологических загрязнений.

Сокращенный анализ дает неполную характеристику воды, представляя сведения о величине pH, прозрачности, взвешенных веществах, а также концентрации растворенного кислорода и биологической потребности кислорода.

Температура.От показателя температуры зависит скорость не только осаждения взвеси, но и протекания биологических процессов, которые играют основную роль в очистке сточных вод.
Окраска. Как правило, бытовые сточные воды имеют слабо выраженный окрас. Интенсивная окраска свидетельствует о неблагоприятном качестве сточной воды.

Запах.Бытовая сточная вода имеет достаточно характерный запах, представленный смесью тяжелый запаха продуктов распада органических веществ и фекалий.

Прозрачность. Прозрачность является показателем степени загрязненности воды и определяется методом «шрифта». Показатель прозрачности бытовых вод, как правило, колеблется от1 до 5 см; вод, очищенных биологическим путем – превышает 15 см.

Величина pH. Для измерения реакции среды используют стеклянные и каломельные электроды. Очистка сточных вод, сбрасываемых в систему канализации, должна давать реакцию среды, близкую к нейтральной – от 6,5 до 8,5.

Плотный осадок. Плотный осадок определяется по фильтрату исследуемой пробы. Требования СНиП ограничивают его содержание - не более 10 г/л.

Взвешенные вещества. В городских сточных водах концентрация взвешенных веществ, как правило, составляет 100-500 мг/л, а  их зольность - 25-35%.

БПК и ХПК. Величины ХПК и БПК - кислородные эквиваленты содержания в сточных водах органических веществ, выражающие не число органических веществ, а объем кислорода, расходуемого на окисление данных веществ, биологическим (БПК) и химическим путем (ХПК).

В биологическом окислении бактерии выполняют роль окислителя, а источником питания им служат органические вещества. В процессе обмена происходит переработка бактериями органических веществ с участием кислорода и происходит их окисление или минерализация. Химическая потребность в кислороде выражается количеством кислорода, необходимого для окисления органических веществ, которые, в результате, распадаются на углекислый газ, воду и аммиак.

По сути, значение ХПК всегда должно превышать значение БПК за любое время инкубирования, вплоть до БПК полной, поскольку при установлении на БПК приходится только та часть, которая необходима для энергетических нужд. В основном в сточных водах на БПК полное приходится 50-80% ХПК, а для биологически очищенных - этот показатель не больше 40%. Чем глубже очищается вода, тем меньше это соотношение.

Формы азота, фосфор. При оценке сточных вод исследуют четыре формы азота: общий, аммонийный, нитритный и нитратный.

До очистки в городских сточных водах встречается азот только в двух формах - общий и аммонийный. Нитриты и нитраты появляются только после того, как произведена очистка сточных вод с помощью аэротенков и биофильтров. Появление окисленных форм свидетельствует о глубоко прошедшем процессе, поскольку процесс нитрификации аммонийного азота возможен только после почти полного снижения БПК, когда углеродсодержащие соединения уже окислились.

Установление азотных форм в сточных водах - важная деталь анализа, поскольку азот необходим для питания клетки наряду с фосфором. Для определения достаточности содержания в сточных водах питания для бактерий используется соотношение главных показателей анализа БПК полное : азот :фосфор. В России, согласно СНиП, такое соотношение = 100 :5 :1

Бытовые сточные воды всегда содержат в достаточном для бактерий объеме доступный азот, а вот при недостатке фосфора  добавляются фосфаты и хлористый аммоний.

Сульфаты. Хлориды. Содержание в сточных водах хлоридов и сульфатов не изменяется в результате ее обработки механическим и биологическим методами. Это постоянство может быть этаким своеобразным контролером по степени точности проделанных анализов.

Уровень концентрации сульфатов в городских сточных водах составляет 100 мг./л. Содержание хлоридов в сточных водах не оказывает существенного влияния ни на физико-химические, ни на биохимические процессы очистки сточных вод. Значение имеет только верхний предел концентрации хлоридов, определяющий возможность существования бактерий. В ходе исследований был выявлен порог существования микроорганизмов, определенный в 5000 - 20000 мг/л хлоридов для производственных стоков и 150 - 300 мг/л - для городских.

Для определения ХПК необходимы сведения о концентрации хлоридов. При превышении концентрации свыше 200 мг/л требуется поправка, поскольку происходит расход части окислителя на окисление хлоридов до молекулярного хлора. Установление ХПК также может осуществляться посредством предварительного осаждения хлоридов в виде Ag Cl. Очистка сточных вод на концентрацию хлоридов влияния не оказывает.

Токсичные элементы. Некоторые вещества и элементы отрицательно влияют на жизнедеятельность организмов. Они выделены в отдельную группу - токсичные. Контроль за содержанием этих веществ необходим для того, чтобы их концентрация не превышала предельно допустимую концентрацию (ПДК). К этой группе относят сульфиды, цианиды, кадмий, медь, ртуть, свинец, многие СПАВ, группу красителей и некоторые другие вещества.

Синтетические поверхностно - активные вещества. Наличие в сточных водах данных соединений представляет угрозу для санитарного состояния водоемов, к тому же, отрицательно влияет на работу очистных сооружений. Различают СПАВ четырех видов: анионоактивные, неоногенные, катионоактивные и амфотерные. На долю анионоактивных веществ приходится около трех четвертей всего мирового производства СПАВ. Второе место занимают неионогенные СПАВ. Городские сточные воды содержат СПАВ как раз этих двух видов. Наличие СПАВ в стоках сказывается на эффективности производительности первичных отстойников: ухудшается оседание взвеси, замедляются биохимические процессы и в отстойниках появляется пена. Присутствие СПАВ в водоемах также негативно влияет и на их процесс самоочищения от остаточных загрязнений, поступаемых с очищенными водами. Не зависимо от вида СПАВ, по отношению к их степени биохимической окисляемости, подразделяют на три категории: «мягкие» - удаление и окисление при биологической очистке сточных вод составляет 75-85%, «промежуточные» - 60% и «жесткие» - меньше 60%. ПДК сооружениях биологической очистки для значительной части СПАВ составляет 10-20 мг/л. Нормы СНиП не допускают сброс в канализацию «жестких» СПАВ.

Растворенный кислород. Загрязненные сточные воды растворенный кислород либо не содержат вовсе, либо концентрация его не бывает больше 0,5-1 мг/л. Для оценки очищенных сточных вод и степени насыщения кислородом биоокислителя необходимо Установление численности растворенного кислорода. Для поддержания нормальной жизнедеятельности микроорганизмов наименьшее содержание кислорода должно составлять 2 мг/л. Поэтому контролю за наличием необходимой концентрации кислорода уделяется большое внимание, поскольку очищенные сточные воды не должны разрушать кислородный режим в водоеме.

Биологические загрязнения. Анализ на биологические загрязнения позволяет выявить численность бактерий, питающихся средой МПА; бактерий , питающихся средой Эндо; гельминтов. Устанавливается численность бактерий «общего счета» и CoLi. Численность бактерий - сапрофитов и CoLi -в сточных водах напрямую зависит от степени загрязненности воды и ее температуры. Исходя из среднегодовых данных, в городских стоках количество бактерий, питающихся МПА, равняется нескольким сотням тысяч в 1 мл; а бактерий CoLi - нескольким десяткам тысяч в 1мл воды. С помощью станций биологической очистки вода обезвреживается более чем на 95%, при этом, почти 50%  приходится на первичное отстаивание воды ( снижение концентрации бактерий обеспечивается сорбцией микробов на оседающих частицах взвеси).

Содержание в сточных водах гельминтов дает представление об общей и видовой зараженности населения гельминтами. Многочисленные виды гельминтов в сточных водах наиболее часто представлены яйцами аскарид (до 92%), реже - яйцами других видов : остриц, широкого лентца, власоглавов. Повышение общей культуры населения наряду с увеличением водопотребления способствует сокращению содержания яиц гельминтов в бытовых сточных водах. Очистка сточных вод от яиц гельминтов на станциях полной биологической очистки - дегельминтизация - осуществляется на 90% и выше. Механическая очистка сточных вод позволяет снизить концентрацию гельминтов порядка на 40-55%. В канализационном хозяйстве обширно используется понятие суточной нормы загрязнений на человека, введенное профессором С.Н.Строгоновым. Он установил, что на одного жителя эта норма находится в очень узком диапазоне - 6 - 8 г, что соответствует стандартной суточной норме усвояемого белка. Также установлено, что при нормальном потреблении поваренной соли содержание хлоридов в сточных водах составляет 8 - 9 г. на человека. Для фосфатов эта норма составляет 1,5-1,8 г/сут на человека. Все эти данные позволили составить рекомендации по расчету норм состава загрязнений бытовых сточных вод на одного жителя в сутки.