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 углеродсодержащие 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  содержание кислорода, необходимого для окисления всего органического вещества, имеющегося в начале процесса, и через содержание кислорода, потребленного за время t, то содержание кислорода , требуемого для окисления оставшихся по истечении времени t органических загрязнений, будет 

Указанный закон может быть выражен равенством

где  —коэффициент пропорциональности, или константа скорости потребления кислорода.

Интегрируя это равенство, получим:

Так как при t=0 значение  также равно 0, получаем

Поэтому

       (4.6)

Для перехода к десятичным логарифмам вводим новый коэффициент пропорциональности

Освобождаемся от логарифмов и в результате получаем уравнения процесса потребления кислорода при биохимическом окислении органического вещества:

(4.7)

   (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

      (4.5а)

Константа скорости окисления в этом случае равна 0,0006.

Значение  — константы 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

      (4.9)

где  и  — значения константы k при температурах и .

Это соотношение справедливо для температур от 10 до 30 . Определение потребления кислорода в лабораторных условиях обычно производят при температуре 20 , поэтому формула (4.9) для практических целей приобретает вид:

      (4.9а)

Для смеси сточных и речных вод константа  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  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  увеличивается с повышением температуры и уменьшается с ее понижением. По эмпирическим данным соотношение это может быть выражено формулой

          (4.10)

где и  — потребность в кислороде при Т и 20 .

Вычисленная по формуле (4.7) остающаяся потребность в кислороде через каждые сутки, выраженная в процентах от начальной потребности в кислороде при температуре 20 и при = 0,1, представлена в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Потребность органического вещества в кислороде , % через  суток после начала процесса биохимического окисления

Время, требуемое для снижения потребления кислорода от  до  согласно формуле (4.6)

   (4.11)

Из этой формулы видно, что достигнуть полного окисления всего органического вещества, при котором 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.

Таблица 4.3

Основные химические показатели воды водоема

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

     (4.12)

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

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

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.

По материалам сайта  http://duplo-sova.narod.ru

С аналогичной информацией можно ознакомиться по адресу http://vlr53.narod.ru/obzor.htm

Дополнительная

информация

НИЦ "СевКавЭкология" является членом "Экологического союза промышленников и предпринимателей"

Более подробную информацию Вы можете получить связавшись с нами по телефонам (87935) 50347 или по электронной почте vlr53@yandex.ru

Рекомендуем информацию на сайте http://duplo-sova.narod.ru

Отправить сообщение для: vlr53@narod.ru с вопросами и замечаниями об этом веб-узле.
©  НПЦ СЕВКАВЭКОЛОГИЯ  15.06.2009