КАНАЛИЗАЦИЯ

РАСТВОРЕНИЕ И ПОТРЕБЛЕНИЕ КИСЛОРОДА

Сточных вод, одновременно протекают два процесса: потребление кисло­рода и его растворение. Установлено, что минерализация органического вещества, происходящая в результате его окисления при содействии ми - кроорганизмов-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

Где K[ — коэффициент пропорциональности, или константа скорости по­требления кислорода.

Интегрируя это равенство, получим:

-In (La — Xt)=k[t + C.

Так как при T—0 значение xt также равно 0, получаем С~—InLa.

Поэтому

Ln(La-*,) = inLa-A^. (4.6)

Для перехода к десятичным логарифмам вводим новый коэффициент пропорциональности Kl — K'^Ge = 0,4Mk[. Освобождаемся от логариф­мов и в результате получаем уравнения процесса потребления кислорода при биохимическом окислении органического вещества:

Lt^La — xt = La. КГ*1'; (4.7)

Xt=La-Lt = La{-Qrk^). (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

= K(La-Xt) (4.5а)

At

Константа скорости окисления в этом случае равна 0,0006.

Значение K — коисганты 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

*i<r1)=*i<r,>'1'0472Wl' <4-9>

Где ^1(7-,) и K(г2) — значения константы K при температурах Т и Т2, °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:

KHT) = ЛК2о° с)'1 ,047г-20° с. (4.9а)

Для смеси сточных и речных вод константа &к2о°С) 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 k(T) 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

Wc)(M2r+0,6), (4.10)

Где La(T) и La(2о °с) —потребность в кислороде 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 /^i = 0,1, представлена в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Время, требуемое для снижения потребления кислорода ОТ La до Lu Согласно формуле (4.6)

K{ Lt

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

Известно, при фотосинтезе, когда зеленое вещество растений, разлагая на свету С02, поглощает углерод и выделяет чистый кислород.

Скорость растворения кислорода, согласно указанному выше закону, в каждый данный момент обратно пропорциональна степени насыщен­ности воды кислородом или прямо пропорциональна его недонасыщен - ности (дефициту). Это относится, конечно, лишь к поверхности сопри­косновения воды с кислородом (диффузионному слою). Для того чтобы эта скорость растворения относилась ко всей массе воды, необходимо интенсивное ее перемешивание. Дефицит кислорода может быть выра­жен в абсолютных значениях (в мг/л), а также в относительных вели­чинах (в процентах или в долях от полного дефицита).

Если обозначить через Da начальный дефицит кислорода, выражен­ный в долях от полного дефицита, а через Dt — дефицит кислорода в во­де по прошествии времени t, то процесс растворения может быть выра­жен уравнением

Dt = Da. 10-Ч (4.12)

Где K2 — константа скорости растворения кислорода, зависящая от при­роды газа, температуры среды, состояния поверхности и условий пере­мешивания воздуха с водой.

Значение константы K2, как и значение K, сильно колеблется: в сред­нем оно может быть принято равным 0,2 при температуре воды 20° С.

С повышением температуры константа скорости растворения кисло­рода повышается. Однако, ввиду незначительного изменения этой ско­рости, практически при расчетах растворения кислорода поправку на температуру можно не учитывать.