Файл: Белоусова Юлия Александровна ( фио обучающегося ) выпускная квалификационная работа магистерская диссертация.docx
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 293
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Скорость биологического разложения загрязняющего компонента содержащегося в сточных водах предприятий в немалой степени зависит не только от его природы, но и от дисперсности, поскольку микроорганизмы могут ассимилировать твердые субстраты только с поверхности частиц.
Как правило, для биологического разложения крупных частиц органического вещества требуется гораздо больше времени, чем времени пребывания очищаемой жидкости в реальном аппарате. В этом случае какая-то доля органических веществ стоков биологически не разлагается и их принято считать биологически инертными. Для уменьшения этой доли достаточно подвергнуть частицы загрязнений измельчению до размеров 10 - 6 - 10-7 м.
Помимо фазово-дисперсного состава сточной воды и общего содержания примесей важнейшей ее характеристикой является химическая природа и концентрация компонентов-загрязнителей. Подавляющее большинство сточных вод пищевых предприятий в качестве основных загрязнителей содержит органические вещества. Органические загрязнители имеют, как правило, естественное происхождение, т.е. не являются продуктами искусственного органического синтеза, а образуются в результате жизнедеятельности микроорганизмов, высших животных и растений. В технологии пищевых производств действующим законодательством запрещено применение веществ, попадание которых в продукты недопустимо, поэтому СВ пищевых предприятий не содержат ксенобиотики (веществ, чуждых жизни). Отсутствует или крайне ограничено содержание в стоках тяжелых металлов, радионуклидов, пестицидов и других опасных веществ.
Содержание органических веществ в сточной воде обусловлено таким показателем, как окисляемость. В зависимости от загрязненности СВ содержат определенное количество веществ, способных взаимодействовать с сильными окислителями - перманганатами, бихроматами, пероксидами и т.д. Одна и та же вода, будучи обработана различными окислителями, потребует различное эквивалентное количество кислорода из-за неодинаковой степени окисления загрязняющих веществ. Это зависит не только от окислителя, но и от условий выполнения анализа. Считается, что наиболее полное окисление присутствующих в воде загрязнений достигается бихроматами в кислой среде (серная кислота). Бихроматная окисляемость, называемая химическим потреблением кислорода (ХПК), является одним из главных показателей загрязненности сточной воды. ХПК коррелирует с содержанием в сточной воде общего углерода.
Для облегчения выполнения анализов сточной воды по ХПК разработаны автоматические и полуавтоматические устройства
1.5.1 Биологическое потребление кислорода
Для характеристики природных и сточных вод, их экологической оценки важнейшим показателем является биохимическое потребление кислорода (БПК).
Существуют два основных метода определения БПК. Один из них заключается в учете интегрального потребления кислорода в течение 5 сут - БПК5, другой - в течение времени, необходимого для образования нитритов в количестве 0,1 мг/дм3 (БПКПОЛН).
На практике чаще применяют метод определения БПК5, реже - БПК3 или БПК7 (время инкубации пробы 3 сут и 7 сут соответственно). Обычно полагают, что инкубация пробы в течение 20 сут позволяет определить полное биохимическое потребление кислорода, т.е. БПКПОЛН = БПК20.
Отношение БПКПОЛН / БПК5 составляет приблизительно 1,5-1,8. Для приблизительных расчетов принято, что ХПК = 1,43 БПКПОЛН.
Для сточных вод молочных и сыроваренных предприятий установлена зависимость ХПК = (1,19 - 1,25) БПКПОЛН.
Для нефильтрованной пробы сточных вод молочных предприятий ХПК = 1,5 БПК7 + 0,14.
Для фильтрованной пробы сточных вод молочных предприятий ХПК = 1,47 БПК7 - 0,05.
Отношение БПКПОЛН / БПК7 составляет 1,1 - 1,32.
Необходимо отметить, что показатель БПК в значительной мере зависит от дисперсности органических примесей сточной воды. Если размеры частиц органического вещества близки к размерам микроорганизмов или меньше, биохимическое окисление протекает довольно полно в течение 5 суток. В противном случае требуется увеличение времени инкубации пробы и более достоверным показателем является БПКПОЛН. Полное биохимическое потребление кислорода определяют и в тех случаях, когда СВ содержат трудноокисляемые субстраты, требующие длительной адаптации микроорганизмов.
1.5.2 Биогенные элементы
Поскольку СВ пищевых предприятий содержат глазным образом органические вещества естественного происхождения, в них обязательно присутствует азот. В практике анализа сточных вод азот аминокислот, пептидов, белков и других естественных органических соединений определяется как органический азот. Понятие "общий азот" обозначает содержание азота всех степеней окисления в составе минеральных и органических соединений сточных вод.
В органических веществах естественного происхождения азот находится главным образом в восстановленной форме. Аминогруппы белковых веществ, аминокислот, мочевины легко отщепляются соответствующими ферментами и превращаются в ион NH4+, поэтому для сточных вод предприятий пищевой промышленности важным показателем является содержание аммонийного азота. Для отдельных пищевых производств, где технологией предусмотрено использование соединений окисленного азота (нитритов, нитратов), необходим контроль стоков и по этим показателям.
При глубоком биологическом окислении органических веществ восстановленный азот переходит в окисленные формы и появляется необходимость контролировать содержать нитритов и нитратов в очищенных водах. Наличие азота в сточных водах играет исключительно важную роль для искусственной БО, поскольку он наряду с углеродом относится к так называемым биогенным элементам.
К биогенным элементам относится также фосфор, поскольку он необходим для роста и нормальной жизнедеятельности микроорганизмов. Фосфор определяют по двум основным показателям - "Общий фосфор" и "растворимые фосфаты". Для контроля БО сточных вод пищевых предприятий в подавляющем большинстве случаев достаточно определять содержание общего фосфора
Соединения фосфора в сточных водах предприятий пищевой промышленности содержатся, как правило, в гораздо меньших концентрациях, чем соединения азота. Фосфор входит в состав макроэргических соединений клеток, фосфолипидов, фосфопротеидов. При переработке растительного и животного сырья органические соединения фосфора попадают в СВ предприятий. Компонентами фосфорных загрязнений являются также полифосфаты, входящие в состав моющих средств. Последние гидролизуются до ортофосфатов, дающих с ионами большинства металлов металлорастворимые соли. Вместе с органическими фосфорсодержащими соединениями они образуют в сточной воде дисперсную фазу.
1.5.3 Взвешенные вещества и примеси
Взвешенные вещества - это осадки, остающиеся на фильтре после фильтрования определенного объема сточной воды. Обычно применяют бумажные фильтры "белая лента", которые затем высушивают и взвешивают.
Понятие "растворенные вещества" относится к веществам, остающимся в фильтрате. Для определения содержания - растворенных веществ определенный объем фильтрата высушивают и взвешивают сухой остаток.
В настоящее время разработаны инструментальные методы, контроля концентрации и распределения по размерам взвешенных веществ независимо от вида дисперсной фазы. Фотометрический счетный анализатор гранулометрического состава примесей в жидких средах типа ФС-112 разработан НПО "Аналитприбор". Фирма Coultronics (Франция) выпускает приборы типа "Автосорб 2100", способные автоматически анализировать полидисперсные вещества, определяя их удельную поверхность, пористость и некоторые другие физико-химические характеристики. Анализ взвешенных веществ сточной воды, выполненный на этой аппаратуре, показал, что для частиц размерами 0,25-1 мм удельная поверхность составляет около 0,58 м2/г., а для более 1 мм - 0,04 м2/г.
Для характеристики общей загрязненности применяется показатель "общее содержание примесей", который определяется как сумма растворенных и взвешенных веществ, получаемая путем высушивания до постоянной массы пробы сточной жидкости. Наличие в сточной воде минеральных примесей определяется как "зола" или "остаток после прокаливания", который остается от высушенной пробы сточной воды после сжигания и прокаливания при температуре 600°С до постоянной массы.
"Потери при прокаливании" обычно относят за счет сгоревших органических веществ сточной воды.
1.5.4 Окисляемость. Химическое потребление кислорода
Бихроматную окисляемость рекомендуется определять при концентрации загрязнений свыше 100 мгО/дм3 ХПК. Для вод с меньшим содержанием окисляемых веществ применяется перманганатный метод Кубеля, основанный на использовании в качестве окислителя перманганата калия в кислой среде. Мешающими выполнению анализов для определения (ХПК) являются хлориды концентрацией 500 мг/дм3.
Для определения перманганатной окисляемости мешающее влияние оказывают сероводород ионы NO2-,Cl-, Fе2+. При проведении анализа одной и той же пробы на окисляемость бихроматным и перманганатным методами результаты второго обычно оказываются ниже. Отношение значений бихроматного и перманганатного методов равно приблизительно 1,2.
Бихроматный метод (ХПК) в настоящее время получил большее, распространение в связи с разработкой ускоренных способов определения. На результаты анализа ХПК, не оказывает влияния степень дисперсности органических загрязнений.
Определение общего углерода в сточных водах традиционными методами весьма трудоемко, поэтому практически гораздо чаще применяются методы определения окисляемости. При использовании современных инструментальных методов анализа определение общего углерода и стоках может быть значительно ускорено. Специально для анализа сточных вод на содержание органического углерода разработаны приборы У-101 и У-111. Для аналогичных определений успешно применяется Экспресс-анализатор АН-7529, позволяющий определять содержание углерода быстрее и с большей точностью. Прибор АН-7529 рассчитан на работу с использованием технического кислорода и специальной высокотемпературной печи, что для анализа органических соединений не является необходимым. С целью упрощения эксплуатации прибора можно применять в качестве питающего газа воздух, очищенный от примесей аммиака. Для обеспечения полного сжигания углерода и дожигания оксида углерода использовалась трубка, снабженная фильтрами из асбестовой ткани и катализатором (гранулированным оксидом меди). Трубка помещалась в печь СУОЛ 04.4/12-М2-У42. Сжигание навески производилось при температуре 950°С.
Трубка длиной 850 мм изготовлена из кварцевого стекла. При сжигании навески в фарфоровой либо кварцевой лодочке, помещенной в трубку, сгорание может происходить не полностью.
В результате образуется оксид углерода, который, двигаясь через слой нагретого катализатора, окисляется до диоксида, а оксид меди восстанавливается.
На асбестовом фильтре задерживаются несгоревшие частицы сажи и происходит их дожигание. В период после окончания горения до ввода новой пробы оксид меди вновь окисляется.
Далее воздух поступает в трубку для сжигания, через фильтр и поглотитель серы подается в измерительную ячейку анализатора.
Рассчитанное значение сходимости результатов анализов составило 0,0236% С. Допустимое максимальное значение сходимости 0, 2008 %С.
Таким образом, значение сходимости показаний прибора при определении углерода в органическом веществе на порядок ниже максимально допустимого. Для определения содержания углерода в жидких материалах берут навеску жидкости в кварцевой лодочке, а затем высушивают при температуре 105°С. Лодочку с высушенной навеской помещают в трубку для сжигания и выполняют анализ, предварительно установив значение навески жидкости на регистрирующем блоке, прибора.