Билет 10

1. Каковы основные составляющие цемента?

Цемент образуется при нагревании глины и гашеной извести или других материалов валового состава и определенной активности до температуры 1450 °С - таким образом происходит частичное плавление в результате чего и образуются гранулы клинкера. В дальнейшем для получения цемента этот клинкер перемешивают с тем или иным количеством гипса и тщательно перемалывают. От гипса зависит скорость схватывания, при этом, его вполне возможно частично заменить некоторыми другими формами сульфата кальция - современные технические условия допускают добавление других материалов при помоле. Классический клинкер, который входит в состав цемента, имеет примерно 67% СаО, 5% Al2О3, 22% SiO2, 3% Fe2O3 и 3% некоторых других компонентов и, как правило, содержит 4 главные фазы, которые называют алитом, белитом, алюминатной фазой и ферритной фазой. Обычно в клинкере в небольших количествах присутствуют и другие фазы, такие, как оксид кальция и щелочные сульфаты. Алит является самой важной составляющей всех цементных клинкеров - его содержание составляет от 50 до 70%. Это трехкальциевый силикат, структура и состав которого (за счет размещения инородных ионов в решетке) модифицированы. Алит быстро вступает в реакцию с водой и из всех фаз в нормальных цементах играет важнейшую роль в развитии его прочности. Содержание белита для нормальных клинкеров соответствует 15-30%. Он представляет собой двукальциевыйсиликат, также модифицированный путем введения в структуру инородных ионов. Белит довольно медленно реагирует с водой, то есть, слабо влияет на прочность цемента в течение первых 28 суток, но значительно ее увеличивает в более поздние сроки.

2. Что такое активный ил и откуда он берется?

Микрофлору биологических очистных систем составляют микроорганизмы, являющиеся биохимическим агентом при аэробной очистке сточных вод, образуют сложные сообщества активного ила и биопленки. Такие сообщества микроорганизмов (называемые также смешанной культурой, смешанным биоценозом) состоят из представителей многих систематических групп — бактерий, актиномицетов, грибов, водорослей, членистоногих. Основу биомассы таких сообществ составляют бактерии. Общая поверхность 1 грамма сухой биомассы этих микроорганизмов оценивается площадью около 100 м2, что и обусловливает высокую скорость обменных процессов при очистке сточных вод.

Биопленка, покрывающая твердые поверхности, погруженные в объем жидкости аэробных биохимических реакторов, образована иммобилизованными клетками микроорганизмов, ее толщина обыч­но не более 3 мм, чаще 0,5 - 1,0 мм.

Состав микроорганизмов активного ила и биопленки подвержен изменениям в широких пределах и зависит от условий культивирования, температуры в реакторе. Отмечается влияние мутагенных факторов сточной воды на состав микрофлоры очистных сооружений.

Бактериальный состав активного ила сточных вод в значительной мере зави­сит от состава очищаемой сточной воды. В таблице 2.1 приведены данные о содержании бактерий некоторых родов в активных илах очистных систем различных производств.

Активный ил - это взвешенная в воде активная биомасса, осуществляющая процесс очистки сточных вод в аэробных биоокислителях (аэротенки, окситент и т.д.). Активный ил — сложное сообщество микроорганизмов различных систематических групп и некоторых многоклеточных животных. Активный ил биоокислителей формируется под влиянием химического состава обрабатываемой сточной воды, растворенного в ней кислорода, температуры, рН и окислительно-восстановительного потенциала. По внешнему виду активный ил представляет собой хлопья светло-серого, желтоватого или темно-коричневого цвета, густо заселенные микроорганизмами, заключенными в слизистую массу. Средний размер хлопьев 1—4 мм, но в зависимости от условий в биоокислителе он может изменяться от долей миллиметра до 30—40 мм. Хлопьеобразование — процесс сложный, и механизм его до конца не выяснен. Часто его объясняют накоплением на поверхности клеток внеклеточных полимеров (в основном полисахаридов и белков), имеющих анионоактивные и неионогенные группы и способных вести себя как полиэлектролиты. Взаимодействие высокомолекулярных полимеров приводит к возникновению между отдельными клетками связующих мостиков и образованию сложной структуры хлопьев активного ила. Способность активного ила образовывать хорошо оседающие хлопья — важнейшее его свойство, т.к. эффективность очистки сточных вод в аэротенках в значительной степени зависит от последующего процесса отделения активного ила от очищенной воды. Способность активного ила к оседанию характеризуется значением илового индекса. Образовывать хлопья способны многие роды бактерий. Благодаря очень развитой поверхности хлопьев активного ила (около 100 м на 1 г сухого вещества) на них сорбируются коллоидные и взвешенные вещества, в результате чего хлопья активного ил представляют собой сложную совокупность микроорганизмов, продуктов их жизнедеятельности и инертных частиц. Активному илу присуща способность удерживать большое количество воды в оснновном в связанном состоянии. С повышением концентрации активного ила в сточной воде доля связанной воды в нем увеличивается.  Биохимическая активность активного ила — способность его к изъятию и окислению органических примесей сточных вод — оценивают по скорости потребления кислорода и по содержанию в нем ферментов. В том и другом случаях результат относят к 1 г беззольного вещества активного ила. При оценке биохимической активности активный ил по ферментам определяют содержание в нем отельных групп оксиредуктаз, каталаз, дегидрогеназ, цитохромов. Чаще определяют дегидрогеназную активность активного ила, по которой оценивают работу аэрационных сооружений, состояние активного ила, токсичность сточных вод. При этом учитывают, что яды блокируют активность дегидрогеназ. Активный ил аэротенков подвержен вспуханию, которое чаще всего связывают с развитием нитчатых бактерий и некоторых грибов. При вспухании структура хлопьев активного ила резко видоизменяется. Хлопья увеличиваются в размере, становятся рыхлыми. Вспухший активный ил, обладающий чрезвычайно развитой поверхностью, имеет повышенную окислительную способность, может интенсивно использовать углерод некоторых трудноокисляемых веществ, потребность в азоте и фосфоре у нитчатых бактерий существенно ниже, чем у обычных флокулирующих бактерий. Однако на практике использовать эти потенциальные преимущества вспухшего ила затруднительно. Пружинящие нити бактерий, пронизывая хлопья, препятствуют их осаждению. Вспухший активный ил выносится из вторичных отстойников, ухудшая качество очищенной воды. При вспухании очень сложно поддерживать необходимую дозу активного ила в аэротенке, что также влияет на качество очистки. Активный ил с развитой нитчатой микрофлорой выгодно использовать для очистки производственных сточных вод с недостаточным количеством биогенных элементов. Эффективная очистка таких вод возможна при установке в аэротенке вертикальных сит, через которые проходит поток воды. Нитчатые организмы, закрепляясь на этих ситах, хорошо очищают воду. Ил, прошедший через сито, легко осаждается во вторичном отстойнике. Вспухание активного ила наблюдается при избытке углеводов в очищаемой воде или недостатке биогенных элементов, при уменьшении концентрации растворенного кислорода или резком изменении нагрузки на активный ил. Универсального способа борьбы со вспуханием активного ила не найдено вследствие многообразия причин, вызывающих это явление. В условиях городских очистных станций бороться с развившимся вспуханием довольно трудно. При незначительном количестве нитчатых организмов в иле целесообразно уменьшение нагрузки на него. В качестве одной из мер рекомендуется подщелачивание воды до рН 9...9,4.  Химический состав активного ила обусловлен составом клеточного вещества микроорганизмов. Сухое вещество активного ила состоит из органической (беззольной) части и золы и представляет собой примеси, присутствовавшие в исходной сточной воде и трансформированные в биомассу, а также вещества, адсорбированные хлопьями активного ила. Элементный состав беззольной части активного ила (как и состав клеточного вещества) определяется основными органогенами: углеродом, кислородом, водородом, азотом. Соотношение этих элементов в беззольном веществе активного ила зависит от состава обрабатываемых сточных вод, технологического режима очистки и может существенно изменяться. В среднем на долю углерода приходится 50—52%, кислорода 29—33%, водорода 6—8%, азота 8—12%, беззольного вещества активного ила. Соотношение элементов в активном иле определено в 1952 и представлено в виде "формулы" клеточного вещества C₅P₇NO₂. Эта формула используется для всех расчетов, связанных с кинетикой биохимических процессов очистки воды и синтезом клеточного вещества, точность ее для практических целей оказывается достаточной. Значение удельной ХПК активного ила с таким соотношением основных органогенов составляет 1,42 мг/мг.  Примерно 75—80% беззольного вещества активного ила приходится на долю белков, жиров и углеводов, остальные 20—-25% составляет негидролизуемый остаток. Более всего в активном иле белков, содержание которых колеблется в среднем от 40 до 60% (в расчете на беззольное вещество). Количество белков в активном иле не постоянно и зависит от его видового состава - и возраста. Углеводы составляют 3—20%, жиры 10—30%. Зольность активного ила колеблется в очень широких пределах — от 10 до 40%, для активного ила городских очистных станций она обычно составляет 25—30%. В зольной части активного ила обнаруживаются все элементы, присущие клеткам организмов (Р, S, К, Na, Ca, Mg, Fe и т.д.). Однако в активном иле по сравнению с клеточным веществом значительно возрастает содержание железа и кремния. При биологической очистке жесткой воды в хлопке активного ила обнаруживается нерастворимый фосфат кальция, увеличивающий плотность хлопьев.