Показатели качества сточных вод

Индикаторы качества сточных вод представляют собой лабораторных испытаний методики , позволяющие оценить пригодность сточных вод для удаления, очистки или повторного использования. К основным параметрам сточных вод, которые измеряются для оценки прочности или качества сточных вод , а также вариантов очистки, относятся: твердые вещества, показатели органических веществ, азота, фосфора, показатели фекального загрязнения. ^[1]^: 33 Выбранные тесты различаются в зависимости от предполагаемого использования или места сброса. Тесты могут измерять физические, химические и биологические характеристики сточных вод. Физические характеристики включают температуру и содержание твердых веществ. Химические характеристики включают значение pH, концентрацию растворенного кислорода , биохимическую потребность в кислороде (БПК) и химическую потребность в кислороде (ХПК), азот, фосфор, хлор. Биологические характеристики определяются с помощью биоанализов и тестов водной токсикологии .

И тесты БПК, и ХПК являются мерой относительного эффекта истощения кислорода загрязняющими веществами в отходах. Оба показателя получили широкое распространение в качестве меры воздействия загрязнения . Любой окисляемый материал, присутствующий в аэробных природных водоемах или промышленных сточных водах, будет окисляться как биохимическими (бактериальными), так и химическими процессами. В результате содержание кислорода в воде уменьшится.

Физические характеристики

Температура

Водные организмы не могут выжить вне определенных температурных диапазонов. Оросительные стоки и водяное охлаждение электростанций могут привести к повышению температуры выше допустимого диапазона для некоторых видов. Повышенная температура также может вызвать цветение водорослей , что снижает уровень кислорода. ( См. Термическое загрязнение .) Температуру можно измерить калиброванным термометром . ^[2]^{: 125–126}

Твердые вещества

Твердые вещества в сточных водах могут растворяться, суспендироваться или осесть. Общее количество растворенных твердых веществ или TDS (иногда называемое фильтруемым остатком) измеряется как масса остатка, остающегося после измеренного объема фильтрованной воды испарения . Массу сухих твердых веществ, остающихся на фильтре, называют общим количеством взвешенных веществ (TSS) или нефильтруемым остатком. Осаждаемые твердые вещества измеряются как видимый объем, накопленный на дне конуса Имгоффа после того, как вода отстоялась в течение одного часа. ^[2]^: 89–98 Мутность является мерой светорассеивающей способности взвешенных веществ в воде. ^[2]^{: 131–137} Соленость измеряет плотность воды или изменения проводимости , вызванные растворенными веществами. ^[2]^: 99–100

Химические характеристики

В воде можно обнаружить практически любое химическое вещество, но рутинные испытания обычно ограничиваются несколькими химическими элементами, имеющими уникальное значение.

значение pH

Вода ионизируется с образованием гидроксония (H ₃ O ⁺) катионы и гидроксил (OH ⁻) анионы . Концентрация ионизированного водорода (в виде протонированной воды) выражается как pH . ^[2]^{: 406–407}

Кислород и потребность в кислороде

Концентрация растворенного кислорода

Большинство водных сред обитания населено рыбами и другими животными, которым для выживания требуется определенная минимальная концентрация растворенного кислорода . Концентрацию растворенного кислорода можно измерить непосредственно в сточных водах, но количество кислорода, потенциально необходимое другим химическим веществам в сточных водах, называется потребностью в кислороде. Растворенные или суспендированные окисляемые органические материалы в сточных водах будут использоваться в качестве источника пищи. Мелко измельченный материал легко доступен микроорганизмам, популяция которых будет увеличиваться, чтобы переварить доступное количество пищи. Для переваривания этой пищи требуется кислород, поэтому содержание кислорода в воде в конечном итоге уменьшится на количество, необходимое для переваривания растворенной или взвешенной пищи. Концентрация кислорода может упасть ниже минимума, необходимого водным животным, если скорость использования кислорода превышает замену атмосферным кислородом. ^[3]

В принципе, реакцию биохимического окисления можно записать так:

Окисляемый материал + бактерии + питательное вещество + O ₂ → CO ₂ + H ₂ O + окисленные неорганические вещества , такие как NO ⁻
₃ или ТАК ²⁻
₄

Потребление кислорода за счет восстанавливающих химических веществ, таких как сульфиды и нитриты, характеризуется следующим образом:

С ²⁻ + 2 О ₂ → ТАК ²⁻
₄

НЕТ ⁻
₂ + 1 ⁄ 2 О ₂ → НЕТ ⁻
₃

Биохимическая потребность в кислороде и химическая потребность в кислороде

Поскольку все естественные водные пути содержат бактерии и питательные вещества, практически любые соединения отходов, попадающие в такие водные пути, инициируют биохимические реакции (например, показанные выше). Эти биохимические реакции создают то, что измеряется в лаборатории как БПК.

Окисляющиеся химические вещества (например, восстанавливающие химикаты), попадающие в природную воду, аналогичным образом инициируют химические реакции (например, показанные выше). Эти химические реакции создают то, что в лаборатории измеряется как ХПК.

И тесты БПК, и ХПК являются мерой относительного эффекта истощения кислорода загрязняющими веществами в отходах. Оба показателя получили широкое распространение в качестве меры воздействия загрязнения. Тест БПК измеряет потребность в кислороде биоразлагаемых загрязнителей, тогда как тест ХПК измеряет потребность в кислороде окисляющихся загрязнителей.

Так называемый 5-дневный БПК измеряет количество кислорода, потребляемого биохимическим окислением загрязняющих веществ отходов за 5-дневный период. Общее количество кислорода, потребляемого, когда биохимическая реакция может завершиться, называется «Окончательным БПК». Поскольку определение предельного БПК занимает очень много времени, 5-дневный БПК был почти повсеместно принят в качестве меры относительного воздействия загрязнения.

Существует также множество различных тестов ХПК, из которых, вероятно, наиболее распространенным является 4-часовой ХПК.

Не существует общей корреляции между 5-дневным БПК и конечным БПК. Точно так же не существует обобщенной корреляции между БПК и ХПК. Можно разработать такие корреляции для конкретных загрязнителей отходов в конкретном потоке сточных вод, но такие корреляции нельзя обобщить для использования с любыми другими загрязнителями отходов или потоками сточных вод. Это связано с тем, что состав любого потока сточных вод различен. Например, сточные воды, состоящие из раствора простых сахаров , которые могут сбрасываться с кондитерской фабрики, вероятно, будут содержать органические компоненты, которые очень быстро разлагаются. В таком случае 5-дневный БПК и конечный БПК будут очень похожими, поскольку через 5 дней останется очень мало органического материала. Однако конечные сточные воды очистных сооружений, обслуживающих большую промышленную территорию, могут иметь сброс, в котором конечный БПК будет намного выше, чем 5-дневный БПК, поскольку большая часть легко разлагающегося материала была бы удалена в процессе очистки сточных вод и во многих промышленных процессах. разряд трудно разлагает органические молекулы.

Процедуры лабораторных испытаний для определения вышеуказанной потребности в кислороде подробно описаны во многих стандартных документах. Американские версии включают Стандартные методы исследования воды и сточных вод. ^[4]

Любой окисляемый материал, присутствующий в аэробных природных водоемах или промышленных сточных водах, будет окисляться как биохимическими (бактериальными), так и химическими процессами. В результате содержание кислорода в воде уменьшится.

Азот

Азот является важным питательным веществом для роста растений и животных. Атмосферный азот менее биологически доступен, чем растворенный азот в форме аммиака и нитратов . Наличие растворенного азота может способствовать цветению водорослей . Аммиак и органические формы азота часто измеряются как общий азот по Кьельдалю , а анализ неорганических форм азота может быть выполнен для более точной оценки общего содержания азота. ^[2]^{: 406–407}

Фосфор

Общий фосфор и фосфат, PO ³⁻ ₄

Фосфаты попадают в поверхностные воды как из неточечных, так и из точечных источников . Загрязнение из неточечных источников (NPS) относится к загрязнению воды из диффузных источников. Загрязнение из неточечных источников можно противопоставить загрязнению из точечных источников, когда сбросы происходят в водоем в одном месте. Неточечные источники фосфатов включают естественное разложение горных пород и минералов, ливневые стоки , сельскохозяйственное загрязнение , эрозию и седиментацию , атмосферные осаждения и прямое попадание животных/диких животных. Точечными источниками фосфора могут быть муниципальные очистные сооружения и промышленные сбросы. В целом уровень загрязнения из неточечных источников обычно значительно выше, чем из точечных источников. Таким образом, ключом к разумному управлению является ограничение поступления фосфатов как из точечных, так и из неточечных источников. Высокая концентрация фосфатов в водоемах является показателем загрязнения и в значительной степени ответственна за эвтрофикацию . ^[5]

Фосфаты не токсичны для людей и животных, если только они не присутствуют в очень высоких количествах. Проблемы с пищеварением могут возникнуть из-за чрезвычайно высокого уровня фосфатов.

Следующие критерии общего фосфора были рекомендованы Агентством по охране окружающей среды США .

Не более 0,1 мг/л для ручьев, не впадающих в водоемы,
Не более 0,05 мг/л для потоков, сбрасываемых в водоемы, и
Не более 0,025 мг/л для водоемов. ^[6]

Фосфор обычно низкий (< 1 мг/л) в источниках чистой питьевой воды и обычно не регулируется; ^[7]^[8]

хлор

Хлор широко используется для отбеливания , в качестве дезинфицирующего средства и для предотвращения биообрастания в системах водяного охлаждения . Оставшиеся концентрации окисляющей хлорноватистой кислоты и ионов гипохлорита можно измерить как остаточный хлор, чтобы оценить эффективность дезинфекции или продемонстрировать безопасность сбросов в водные экосистемы. ^[2]^{: 309–315}

Биологические характеристики

Воду можно протестировать с помощью биоанализа, сравнивая выживаемость тестируемых водных видов в сточных водах по сравнению с водой из какого-либо другого источника. ^[2]^{: 685–689} Вода также может быть оценена для определения приблизительной биологической численности сточных вод. В сточных водах могут присутствовать патогенные микроорганизмы, использующие воду как средство перемещения от одного хозяина к другому. Колиформный индекс измеряет популяцию микроорганизмов, обычно встречающихся в кишечнике теплокровных животных, как индикатор возможного присутствия других кишечных патогенов. ^[2]^{: 875–877}

Тесты на водную токсикологию используются для получения качественных и количественных данных о вредном воздействии токсиканта на водные организмы. Типы испытаний включают острые (кратковременное воздействие), хронические (продолжительность жизни) и тесты на биоаккумуляцию. ^[9] Многие промышленные предприятия в США проводят испытания «общей токсичности сточных вод» (WET) своих сточных вод, обычно в сочетании с химическими испытаниями на отдельные загрязняющие вещества. ^[10]

См. также

Ссылки

^ Фон Сперлинг, М. (2007). «Характеристика, очистка и утилизация сточных вод» . Водная разведка онлайн . 6 : 9781780402086. дои : 10.2166/9781780402086 . ISSN 1476-1777 . Текст был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Фрэнсон, Мэри Энн Стандартные методы исследования воды и сточных вод, 14-е издание (1975 г.) APHA, AWWA и WPCF ISBN 0-87553-078-8
^ Голдман, Чарльз Р. и Хорн, Александр Дж. Лимнология (1983) McGraw-Hill ISBN 0-07-023651-8 стр.111
^ Итон, Эндрю Д.; Гринберг, Арнольд Э.; Райс, Юджин В.; Клесери, Ленор С.; Фрэнсон, Мэри Энн Х., ред. (2005). Стандартные методы исследования воды и сточных вод (21-е изд.). Американская ассоциация общественного здравоохранения. ISBN 978-0-87553-047-5 . Также доступно на компакт-диске и онлайн по подписке.
^ МакКутеон и др., 1983. ^{[ нужна полная цитата ]}
^ Агентство по охране окружающей среды США (1984) ^{[ нужна полная цитата ]}
^ Ндука и др., 2008 г.
^ Всемирная организация здравоохранения (1984) ^{[ нужна полная цитата ]}
^ Рэнд, Гэри М., изд. (1995). Основы водной токсикологии (2-е изд.). Лондон: Тейлор и Фрэнсис. ISBN 1-56032-091-5 .
^ «Разрешенные пределы — токсичность всех сточных вод» . Национальная система ликвидации выбросов загрязняющих веществ (NPDES) . Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). 11 октября 2021 г.

Дальнейшее чтение

Чобаноглус, М., Маннарино, Флорида, и Стенсель, HD (2003). Технология очистки сточных вод (повторное использование отходов очистки) / Metcalf & Eddy, Inc , 4-е издание, McGraw-Hill Book Company. ISBN 0-07-041878-0

[Marcos-1] Фон Сперлинг, М. (2007). «Характеристика, очистка и утилизация сточных вод» . Водная разведка онлайн . 6 : 9781780402086. дои : 10.2166/9781780402086 . ISSN 1476-1777 . Текст был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0.

[Franson-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Фрэнсон, Мэри Энн Стандартные методы исследования воды и сточных вод, 14-е издание (1975 г.) APHA, AWWA и WPCF ISBN 0-87553-078-8

[3] Голдман, Чарльз Р. и Хорн, Александр Дж. Лимнология (1983) McGraw-Hill ISBN 0-07-023651-8 стр.111

[4] Итон, Эндрю Д.; Гринберг, Арнольд Э.; Райс, Юджин В.; Клесери, Ленор С.; Фрэнсон, Мэри Энн Х., ред. (2005). Стандартные методы исследования воды и сточных вод (21-е изд.). Американская ассоциация общественного здравоохранения. ISBN 978-0-87553-047-5 . Также доступно на компакт-диске и онлайн по подписке.

[5] МакКутеон и др., 1983. ^{[ нужна полная цитата ]}

[6] Агентство по охране окружающей среды США (1984) ^{[ нужна полная цитата ]}

[7] Ндука и др., 2008 г.

[8] Всемирная организация здравоохранения (1984) ^{[ нужна полная цитата ]}

[9] Рэнд, Гэри М., изд. (1995). Основы водной токсикологии (2-е изд.). Лондон: Тейлор и Фрэнсис. ISBN 1-56032-091-5 .

[WET-10] «Разрешенные пределы — токсичность всех сточных вод» . Национальная система ликвидации выбросов загрязняющих веществ (NPDES) . Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). 11 октября 2021 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

v т и Сточные воды
Sources and types	Acid mine drainage Ballast water Bathroom Blackwater (coal) Blackwater (waste) Boiler blowdown Brine Combined sewer Cooling tower Cooling water Fecal sludge Greywater Infiltration/Inflow Industrial wastewater Ion exchange Leachate Manure Papermaking Produced water Return flow Reverse osmosis Sanitary sewer Septage Sewage Sewage sludge Toilet Urban runoff
Quality indicators	Adsorbable organic halides Biochemical oxygen demand Chemical oxygen demand Coliform index Oxygen saturation Heavy metals pH Salinity Temperature Total dissolved solids Total suspended solids Turbidity Wastewater surveillance
Treatment options	Activated sludge Aerated lagoon Agricultural wastewater treatment API oil–water separator Carbon filtering Chlorination Clarifier Constructed wetland Decentralized wastewater system Extended aeration Facultative lagoon Fecal sludge management Filtration Imhoff tank Industrial wastewater treatment Ion exchange Membrane bioreactor Reverse osmosis Rotating biological contactor Secondary treatment Sedimentation Septic tank Settling basin Sewage sludge treatment Sewage treatment Sewer mining Stabilization pond Trickling filter Ultraviolet germicidal irradiation UASB Vermifilter Wastewater treatment plant
Disposal options	Combined sewer Evaporation pond Groundwater recharge Infiltration basin Injection well Irrigation Marine dumping Marine outfall Reclaimed water Sanitary sewer Septic drain field Sewage farm Storm drain Surface runoff Vacuum sewer
Category: Sewerage

v т и Химические растворы
Solution	Ideal solution Aqueous solution Solid solution Buffer solution Flory–Huggins Mixture Suspension Colloid Phase diagram Phase separation Eutectic point Alloy Saturation Supersaturation Serial dilution Dilution (equation) Apparent molar property Miscibility gap
Concentration and related quantities	Molar concentration Mass concentration Number concentration Volume concentration Normality Molality Mole fraction Mass fraction Isotopic abundance Mixing ratio Ternary plot
Solubility	Solubility equilibrium Total dissolved solids Solvation Solvation shell Enthalpy of solution Lattice energy Raoult's law Henry's law Solubility table (data) Solubility chart Miscibility
Solvent	(Category) Acid dissociation constant Protic solvent Polar aprotic solvent Inorganic nonaqueous solvent Solvation List of boiling and freezing information of solvents Partition coefficient Polarity Hydrophobe Hydrophile Lipophilic Amphiphile Lyonium ion Lyate ion