Раздел I Отпадъчни води – качествени параметри

1. Раздел I Отпадъчни води – качествени параметри Тема 2 Колоидни и разтворени вещества Бактериално замърсяване Аеробни и анаеробни процеси в природата и в технологиите за пречистване на отпадъчни води Цикъл на въглерода в природата

2. Раздел I, Тема 2 2.1. Колоидни и разтворени вещества • Количеството на колоиднитевещества в битовите отпадъчни води е 30 – 40 % от това на неразтворените вещества; • Колоидните и разтворените вещества в битовите отпадъчни води са с около 40 % неорганичен и 60 % органичен състав; • Колоидните и разтворените вещества в битовите отпадъчни води имат геоложки, растителен, животински и антропогенен произход; • От неорганичните колоидни и разтворени вещества значение имат определени соли (хлориди, сулфати, карбонати/бикарбонати, амоний, фосфати) и йони (H+, ОН-, NH4+, Cl-, S-2, Fe+2, Cu+2, Zn+, Cd+, Pb+2, Cr+3и др.); • Органичните колоидни и разтворени вещества в битовите отпадъчни води по своя състав се отнасят към следните основни групи вещества: въглехидрати, мазнини, белтъци.

3. Раздел I, Тема 2 2.1. Колоидни и разтворени вещества Неорганични разтворени вещества Хлориди: норма – 6 ÷ 9 г/ж.д; Карбонатите, бикарбонатите и хидроокисите на К+, Na+, Мg+и NH4+ определят алкалността на отпадъчните води. Норма за калиевите соли – 3 г К2О /ж.д; Сулфати: допустима концентрация в битовите отпaдъчни води – до 200mg/l, поради евентуалната им анаеробна редукция до сулфиди. H2S e токсичен и агресивен към бетона; Фосфати: норма – 3,3 г P2O5/ж.дили 4,4 г PO4-3/ж.д. Фосфатите са биогенни вещества. В отпадъчните води са въввид на ортофосфати (PO4-3, HPO4-2, H2PO4-, H3PO4) и полифосфати(P2O5, които хидролизират бавно до ортофосфати)

4. Раздел I, Тема 2 2.1. Колоидни и разтворени вещества Неорганични разтворени вещества Азот: норма – 11 - 12 г/ж.д общ N или 8 г/ж.д неорганичен N. Азотът е биогенен елемент. В битовите отпадъчни води присъства във вид на органични и неорганични съединения и йони: • Органични съединения – белтъци и карбамид (от урината); • Неорганични съединения – NH3, амониеви соли, NH4+. Динамично равновесие в зависимост от pH и температурата: В съоръжениятаза биологично пречистване (при определен технологичен режим) и в природните води амониевите соли се трансформират в нитрити – NO2-и нитрати NO3- (процеси на нитрификация).

5. Раздел I, Тема 2 2.1. Колоидни и разтворени вещества Неорганични разтворени вещества Водородни йони (pH) – имат много важна регулираща функция по отношение на баланса на йоните и за биохимичните процеси. Йони на тежки метали: Ni-, Mn-, Pb-2, Cr-3, Cd-, Zn-2, Cu-2, Fe-2, Fe-2, Co-. В много малки концентрации (следи) те са необходими биогенни елементи, но при по-високи (“нормални”) концентрации са токсични. Повърхностно-активни вещества (ПАВ) – в концентрации над 50 mg/l инхибират биологичните процеси в пречиствателните съоръжения. Радиоактивни елементи – в зависимост от вида, концентрацията и условията стимулират или инхибират биологичните процеси. Мерна единица – Кu (кюри); 1 Кu = масата на радиоактивен изотоп, излъчващ 3,7.1010 бр. α –частици/сек.

6. Раздел I, Тема 2 2.1. Колоидни и разтворени вещества Органични колоидни и разтворени вещества Основен състав • Елементи: C, H, O, S, N, P, F и др.; • Вещества: въглехидрати (25 – 50 %), мазнини (10 %), белтъци (40 – 60 %). Въглехидрати: захари, скорбяла, цeлулоза, дървесина. В пречиствателните съоръжения се разграждат биологично (с различна скорост) до CO2 и H2O. Мазнини: естери на алкохоли или глицерин с мастни киселини. В течно състояние (при нормална температура и налягане) се наричат масла. При наличие на алкални съединения се образуват сапуни, които в присъствието на Ca+2и Mg+2 се пресичат и утаяват. В концентрации над 20 mg/lинхибират аеробните биологични процеси в пречиствателните съоръжения.

7. Раздел I, Тема 2 2.1. Колоидни и разтворени вещества Органични колоидни и разтворени вещества Белтъци: от животински и антропогенен произход. Разлагат се биологично до аминокиселини и след това – до неорганични съединения. При метаболитните процеси в човешкия организъм се трансформират в карбамид, който в отпадъчните води при анаеробни условия хидролизира:

8. Раздел I, Тема 2 2.2. Бактериално замърсяване Обща класификация: • Сапрофитни микроорганизми • Патогенни микроорганизми Индикатори за бактериално замърсяване: • Еsherihia Coli – сапрофитна стомашно-чревна бактерия, индикатор за фекално замърсяване • Коли-титър – обем на водната проба (cm3) в която има една бактерия (ЕС) • Коли-индекс (-тест) –брой бактерии (ЕС) в 1 cm3водна проба

9. Раздел I, Тема 2 2.3. Аеробни и анаеробни процеси Общи бележки • Движението – начин на съществуване на живата материя • Видове движения при живата материя: • Механично преместване • Обмен на веществата (метаболизъм) Обмен на веществата • Реализират се в определени отворени цикли (кръговрат) • Взаимодействията са от типа “хищник – жертва” • Основни процеси в кръговрата на веществата: • Разграждане (десимилация) - увеличаване на ентропията • Синтез (асимилация) - намаляване на ентропията • Микроорганизмите имат основен дял в кръговрата на веществата в природата

10. Раздел I, Тема 2 2.3. Аеробни и анаеробни процеси Обмен на веществата • Енергията, необходима за движението се обезпечава чрез процесите на дишане (десимилация), базирани на окислително-възстановителните биохимични реакции • “Механизъм” на окислително-възстановителните реакции: • Окисление – отнемане на електрон (е-) или двойка електрони (дехидриране) от окисляемото вещество (донор) • Възстановяване – вграждане на електрон (е-) или двойка електрони в молекулата на приемащото вещество (акцептор)

11. Раздел I, Тема 2 2.3. Аеробни и анаеробни процеси Обмен на веществата • В живата природа окислително-възстановителните биохимични реакции се осъществяват чрез посредничеството на ензими и са съпроводени с отделяне на енергия • “Механизъм” на трансформиране на енергията в живите клетки: • Акумулиране – макроергични връзки в аденозинтрифосфат (АТФ) • Отдаване – трансформиране на АТФ в аденозиндифосфат (АДФ) • Основни процеси на дишане (десимилация) в зависимост от акцептора: • Аеробни – акцептор е разтворения във водата кислород О2 • Анаеробни – акцептор е органично вещество, разтворено във водата • Видове микроорганизми според начина на дишане: Аеробни; Анаеробни; Факултативни • Видове микроорганизми според температурата на околната среда: Психрофилни (Т ≤ 100 С); Мезофилни (Т = 100÷ 400 С); Термофилни (Т > 400 С)

12. Раздел I, Тема 2 2.3. Аеробни и анаеробни процеси Основни характеристики на аеробните процеси • Протичат в три основни фази: • Хидролиза на неразтворения субстрат (втечняване) чрез екто-ензими • Разграждане на въглехидратите и мазнините • Разграждане на белтъците и карбамида • Последователност на разграждане на субстрата: • Разтворен (лесно биоразградим) субстрат • Неразтворен (трудно биоразградим) субстрат • Крайни продукти - CO2, H2O и NO3- (пълно пречистване)

13. Раздел I, Тема 2 2.3. Аеробни и анаеробни процеси Основни характеристики на анаеробните процеси • Протичат в три основни фази: • Хидролиза на неразтворения субстрат (втечняване) чрез екто-ензими • Разграждане на субстрата до мастни киселини с къси вериги (маслена, пропионова, оцетна) – кисело гниене (Ph ~ 6) • Разграждане на мастните киселини с къси веригидо CH4, CO2, H2и H2O – алкално (метаново) гниене (pH ~ 7 ÷ 7,8) • Алкалната (метановата) фаза протича с по-малка скорост от киселата и определя общата скорост на анаеробния процес • Алкалната (метановата) фаза е по-чувствителна към качеството на околната среда (субстратно натоварване, pH, температура, токсични вещества)

14. Раздел I, Тема 2 2.3. Аеробни и анаеробни процеси Сравнителни характеристики между аеробните и анаеробните процеси • Аеробните процеси протичат с около 2 – 3 пъти по-голяма скорост от анаеробните • Аеробните процеси протичат с около 20 пъти по-голямо количество на отделената енергия в сравнение с анаеробните (в зависимост от субстрата). Те са екзотермични • По-бърз и по-голям (около 10 пъти) прираст на аеробната биомаса в сравнение с анаеробната

15. метаболизъм Животински: - въглехидрати - мазнини - белтъци Органичен въглерод Cорг микробиологично окисление CO2 отмиране дишане на животните Растителни: - въглехидрати - мазнини - белтъци отмиране нощно дишане на растенията асимилация чрез фотосинтеза Раздел I, Тема 2 2.4. Цикъл на въглерода в природата