Биологической активности

Ввиду крайнего дефицита свежей воды в конце 60-х годов в г. Денвере (штат Колорадо, США) было принято решение осуществить доочистку городских биологически очищенных сточных вод в целях получения воды питьевого качества. К 2000 г. в этом городе предполагается осуществить подпитку в количестве 15 % расхода воды (380 тыс. м3/сут) системы городского водоснабжения городскими биологически очищенными сточными водами'после их дополнительной очистки [9].

Эффективное снижение в процессе доочистки взвешенных и коллоидных примесей, а также фосфатов достигается при известковании. Ниже приведены результаты известкования биологически очищенных сточных вод г. Кривого Рога при оптимальной дозе извести 350 мг/л по Са(ОН)2 [10]:

В последние годы за рубежом получила распространение доочистка озонированием, которая наряду с высоким бактерицидным эффектом и разрушением токсичных соединений способствует окислению растворенных и удалению взвешенных веществ. МосводоканалНИИпроектом разработана схема глубокой очистки биологически очищенных сточных вод Курьяновской и Северной станций аэрации г. Москвы, которая предусматривает после доочистки на фильтрах с зернистой загрузкой озонирование в течение 15 мин при дозе озона 25 мг/л. Исследованиями установлено, что озонирование городских сточных вод снижает содержание взвешенных веществ на 60%, БПКб — на 60—70%, ХПК — на 40%, содержание ПАВ — на 90%, фенолов —на 40%, а также обесцвечивает воду на 60 %.

Таблица 2.2. Усредненные составы биологически очищенных городских сточных вод

В табл. 2.2 приведены усредненные составы биологически очищенных сточных вод ряда городов этого промышленного профиля: Москвы (машиностроение), Харькова (машиностроение, металлообработка), Жданова (металлургия), Львова (сложное машиностроение), Саранска (электротехника, машиностроение, фармация).

Показателем, свидетельствующим о гигиенической эффективности обеззараживания бытовых биологически очищенных сточных вод, рекомендуется считать колииндекс не более 1000 (для большей гигиенической надежности норматив принят по нижней доверительной границе) при содержании остаточного хлора не менее 1,5 мг/л. Рекомендации изложены в СНиП II-32-74 и «Правилах охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» (1975 г.).

Увеличение времени контакта до 60 мин обеспечивает достижение гигиенической эффективности обеззараживания биологически очищенных сточных вод при колииндексе 1000 и уровне содержания остаточного хлора 1 мг/л.

В [84] рассмотрены технологические аспекты озонирования биологически очищенных городских сточных вод после двух вариантов доочистки: только фильтрования на зернистой загрузке и коагуляции сульфатом алюминия дозой 200 мг/л с последующим фильтрованием.

Как показано в [85], хлорирование доочищенных на зернистых фильтрах городских сточных вод позволяет получать высокую степень обеззараживания особенно при больших дозах хлора. Более того, как указывается в [86], путем обработки биологически очищенных городских сточных вод супердозами хлора можно добиться соответствия по бактериологическим показателям этих вод даже качеству питьевой воды. Но после такой обработки сточные воды приобретают выраженный запах и окраску, становятся более токсичными, способны вызывать отдаленные генетические эффекты. Основной причиной является присутствие в таких водах хлоропроизводных.

комплексе по оценке гигиенической эффективности схемы доочи-стки биологически очищенных сточных вод коагуляцией и фильтрованием на песчаных фильтрах [88].

Аниониты с третичными и четвертичными аминогруппами не взаимодействуют с азотистой кислотой и сорбируют NOg~ аналогично другим анионам слабых кислот. Поэтому в схемах обессоливания биологически очищенных городских сточных вод не следует применять аниониты с первичными и вторичными аминогруппами [111].

Основные факторы, определяющие коррозионную активность морской воды, это влияние кислорода, солености, температуры воды, скорости ее движения, рН и биологической активности.

Влияние температуры. Повышение температуры морской воды способствует ускорению коррозии вследствие интенсификации электродных процессов, падения омического сопротивления электролита, увеличения скорости диффузии кислорода, роста биологической активности. Вместе с тем при нагреве воды может происходить выпадение защитного осадка карбоната кальция и гидроокиси магния и уменьшение концентрации кислорода. Совместное влияние этих факторов приводит к тому, что повышение температуры до 333—353 К в несколько раз ускоряет коррозию железа; при дальнейшем повышении температуры снижается скорость обшей коррозии вследствие превалирования фактопа уменьшения концентрации кислорода.

При коррозии в морской воде играет очень важную роль не только скорость общей коррозии, но и глубина питтинговой коррозии, которая, в свою очередь, зависит и от биологической активности среды. Сравнительные данные общей и питтинговой коррозии для стали показаны на рис. 1.15 [22], из которого видно, что в начальный период средняя глубина питтинговой коррозии растет намного быстрее, чем общей коррозии.

В последующих главах подробно обсуждается влияние кислорода, биологической активности, температуры воды, ее скорости, солености и рН.

Донные отложения могут несколько отличаться по составу и биологической активности. В иле часто присутствуют сульфатвосстанавливающие бактерии. Следует ожидать, что отсутствие окислительных агентов должно приводить к локальной потере пассивности и в результате к питтинговой и щелевой коррозии. Так и происходит в действительности. Как видно из табл. 19 (испытания в Тихом океане у побережья Калифорнии), в большинстве случаев наблюдается примерно одинаковое коррозионное поведение сплава в июле и в расположенных непосредственно над ним слоях воды.

Имеется специальный справочник по морской воде, подготовленный «Dow Chemical Company» [134]. В этом издании собрана информация Q средней месячной температуре и солености воды в различных местах у побережья США, а также данные о химическом составе и физических • свойствах различных вод и солевых растворов — от пресной воды до рассола, вчетверо более соленого, чем обычная морская вода. Приведены также данные о пенообразовании, мутности и образовании твердых отложений, а также о биологической активности.

Стоимость защиты стали от коррозии, в морских условиях очень высока, однако нередко эти затраты бывают отчасти излишними. Можно назвать две причины подобной «перезащиты». Во-первых, объемный и непривлекательный вид продуктов коррозии, создающий впечатление значительного разрушения металла, хотя действительные скорости коррозии материала при продолжительной эксплуатации известны сравнительно плохо. Скорости коррозии, приводимые в литературе, получены, как правило, в краткосрочных испытаниях и представляют средние значения за весь период экспозиции. Известно, однако, что коррозия углеродистой стали в морских условиях обычно протекает очень быстро в начальный период, а затем выходит на стационарный режим, характеризуемый линейной зависимостью. Этот линейный участок зависимости коррозионных потерь от времени и определяет стационарную скорость коррозии — наиболее важный параметр для оценки срока службы стальной конструкции в морской воде. Во-вторых, чрезмерные защитные меры связаны с плохо изученным влиянием биологической активности среды на скорости коррозии металла. Сплавы на основе железа, по-видимому, в наибольшей степени подвержены воздействию морских организмов среди всех металлов, однако эти биологические факторы практически игнорируются коррозионистами. В классических курсах коррозии влияние биологической активности на коррозионные процессы либо не упоминается совсем, либо считается несущественным и изолированным явлением.

Научно-исследовательской лабораторией ВМС США были проведены 16-летние коррозионные испытания ряда металлов в водных и атмосферных тропических средах Зоны Панамского канала и в некоторых других местах [61—64]. Наиболее широко было исследовано поведение конструкционной углеродистой стали AISI1020. В ходе испытаний у острова Наос (Тихий океан, Зона Панамского канала) были получены зависимости коррозионных потерь от времени при продолжительной экспозиции стали в тропической морской воде. Были экспонированы 30 одинаковых пластин; после 1, 2, 4, 8 и 16 лет для анализа брали по 6 образцов. Измеряли коррозионные потери массы, глубину питтинга и изменение временного сопротивления каждого образца, анализировали степень и тип обрастания, характер продуктов коррозии. Такие.же партии образцов испытывали на среднем уровне прилива у острова Наос и в пресной воде озера Гатун. Несколько образцов были помещены в солоноватую воду (<1 %) озера Мирафлорес (оба названных озера расположены в Зоне Панамского канала). Скорости коррозии и результаты исследования биологической активности в четырех различ-

До сих пор мы ограничивались рас- .; смотрением общей поверхностной коррозии, т. е. средней глубины проникно;-вения коррозии, рассчитанной по потерям массы образца. Для углеродистой стали этот параметр непосредственно связан с уменьшением временного сопротивления материала и, таким образом, является хорошим показателем изменения прочности конструкции. В тех слу-чаях; когда наибольшие неприятности могут быть связаны с перфорацией конструкции или контейнера, важным параметром коррозии становится глубина питтинга. Поэтому интересно рассмотреть и влияние биологической активности на скорость питтинговой коррозии. Некоторые результаты, полученные в ходе

При выборе материалов для продолжительной экспозиции в океане необходимо учитывать склонность к разрушению под действием биологических факторов и вследствие химического взаимодействия с морской водой. Для оценки влияния этих факторов 'проводились натурные испытания различных полимерных и композиционных материалов в океане продолжительностью до 15 лет. Испытания проводились на пластиковых материалах в форме листов, прутков, пленок и тросов. За исключением, как правило, пластиков на основе производных целлюлозы, эти материалы не подвергались разрушающему воздействию со стороны морских микроорганизмов. Однако любой материал может подвергнуться воздействию морских точильщиков. Если это происходит, то1 повреждение обычно имеет вид мелких поверхностных ямок. Проникновению точильщиков может способствовать близкое расположение других материалов, сильно подверженных поражению точильщиками (например, дерева). Вероятность появления в материале точильщиков возрастает в областях повышенной морской биологической активности: на теплом мелководье она выше, чем в более холодных глубинных водах, а в донных отложениях выше, чем в воде над дном. Согласно некоторым данным материалы с твердыми поверхностями или, наоборот, с гладкими воскообразными поверхностями, менее подвержены воздействию точильщиков. Наблюдались, однако, и исключения из этого общего правила.

После ослабления водородных связей вследствие намокания, для дальнейшего разрушения бумаги, вплоть до распада материала, требуется воздействие механических или биологических факторов. Механические нагрузки, необходимые для разрыва, зависят от прочности бумаги на разрыв во влажном состоянии. Этот параметр изменяется в зависимости от типа волокна и связующего. Биологическою разрушение бумаги (точнее, целлюлозы) морскими точильщиками или микроорганизмами определяется в основном местом экспозиции. Обычная бумага скорее всего будет разрушена при экспозиции в прибрежной зоне на глубине менее 200 м или на любой глубине при расстоянии около 1 м от дна, т. е. в областях наибольшей биологической активности. Однако под слоем ила бумага и другие материалы на основе целлюлозы могут сохраняться без разрушений по 200 лет и более (см. ниже).