РАЗДЕЛ 2
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Объектом исследований являлся аэробный хемосинтез - нитрификация и окисление соединений серы тионовыми бактериями в сооружениях канализации.
Трансформации биогенных элементов в канализационных трубопроводах и их микробиоценозы исследовали в сетях водоотведения г. Харькова (22 участка), а также при моделировании этих объектов в лабораторных условиях. Участки канализационных коллекторов изучали в виде целостной экосистемы, включающей твердую фазу - бетон свода коллектора, жидкую фазу - транспортируемые сточные воды и газообразную фазу - атмосферу коллектора, а также микробиоценозы твердой и жидкой фаз. При изучении трансформаций соединений использовали биогеохимическую методологию - контроль миграций элементов.
2.1. Методы исследования сточных вод в лотковой части трубопроводов водоотведения
Химический состав сточных вод исследовали по методикам анализа сточных вод, рекомендуемым нормативными документами украины [188-201] и методикам, используемым в биохимических исследованиях [202, 203]. В пробах сточных вод контролировали концентрации соединений основных биогенных элементов (табл. 2.1), а также значения характеристик окислительно-восстановительных условий - Еh, кислотно-щелочного баланса (рН, щелочность), дисперсности (концентрацию взвешенных веществ и их зольность, плотный остаток и солесодержание), а также рассчитывали содержание в сточных водах свободного NH3 и свободного СО2 [189-196].
Таблица 2.1.
Контроль превращений биогенных элементов
В транспортируемых сточных водах
Круговорот элементаПоказательМетодикаУглеродаХПК[193]СерыS-органическая [197, 198]SO[188, 190]S-SO[196, 197]S-S2-[199]АзотаN-органический[195, 201]N-аминокислот [202, 203]N-NO2 [195, 201]N-NO3[195, 201]N-NH4[195, 201]ЖелезаFe2+, Fe3+[196]
В пробах определяли ряд микробиологических показателей - общую численность бактерий, концентрацию сапрофитов, гнилостных бактерий, сульфатредуцирующих, автотрофных тионовых (окисляющих S2- и S0) и миксотрофных тионовых, аммонифицирующих, денитрифицирующих (гетеротрофно и автотрофно), нитрифицирующих (аммонийокисляющих и нитритокисляющих), по методикам, рекомендуемым [204-221].
2.2. Методы исследований газо-воздушной среды в коллекторе
Анализ газовой фазы выполняли специалисты службы эксплуатации канализационных сетей с помощью универсального переносного газоанализатора типа УГ-2, а также путем поглощения газов водными средами с последующим анализом вод. В атмосфере коллектора определяли содержание H2S, SO2, NOX, NH4, CO, CO2, CH4.
2.3. Методы исследования бетона
В образцах бетонов анализировали физико-механические, физико-химические, химические, структурные, прочностные и микробиологические характеристики (табл. 2.2-2.4) [202-219, 222-237]. Контрольными образцами служили пробы бетона из труб, еще не бывших в эксплуатации.
Для исследования структурных особенностей и фазового состава бетона из канализационных коллекторов применялся комплекс независимых методов физико-химического анализа. Выбор методов основывался на экспериментальной необходимости с учетом возможностей и разрешающей способности каждого метода. Методы дополняли друг друга, а также хотя бы два независимых метода использовали для решения одинаковой задачи.
Структурные изменения бетона из эксплуатируемых канализационных коллекторов оценивали с помощью методов оптической микроскопии, поляризационной микроскопии и растровой электронной микроскопии [223, 224, 227, 228]. Характер изменения прочностных особенностей оценивали методом микротвердости [225, 226].
Фазовый состав определяли методами рентгеновской дифрактометрии и ик-спектроскопии [223, 228], кроме того, для этой же цели привлекали иммерсионный метод оптической микроскопии, а также результаты растровой электронной микроскопии [223, 224, 227, 228].
Оптическую микроскопию использовали для прямого изучения структурных особенностей бетонов в аншлифах и прозрачных шлифах, а также для кристаллооптической идентификации минерально-фазового состава заполнителей, гидратов вяжущего и продуктов коррозии. Применяли универсальный микроскоп МБИ-6, оборудованный для проведения кристаллооптических
Таблица 2.2.
Методики исследований минерального и химического состава образцов
бетона
Определяемый показательМетодика анализаСтруктурные характеристики[223, 224, 227, 228]Фазовый состав[223, 228]Прочность[225, 226]МикротвердостьКонцентрация [229-237]SiО2[229, 230, 236]Al2О3[229, 230, 236]Fe2О3[229, 230, 236]CaО[229, 230, 236]MgО[229, 230, 236]Na2О[229, 230, 236]K2О[229, 230, 236]SО3[229, 230, 236]S0[235]S2-[235]S-SO4[235]углерода[230-232]азота[230, 233]фосфора[230]влажность[231]
определений и поляризационный микроскоп МИН-8. Метод растровой электронной микроскопии использовали для получения информации о структуре на макро- (х 150) и микроуровнях (х 1125 и 1500). Исследования проводили с помощью растрового электронного микроскопа РЭМ-200 на сколах с фрагментов бетонных образцов. Определение микротвердости производили на аншлифах. Оценку микротвердости производили на ЭВМ при обработке данных (длин диагоналей 20 отпечатков) по специальной программе. Рентгеновскую дифрактометрию выполняли на рентгеновском дифрактометре ДРОН-2. Для инфракрасной спектроскопии применяли таблетки, приготавливаемые из смеси измельченного спектрально чистого бромистого калия и исследуемого вещества, взятых в соотношении 100:0,5:1,0 мг. Исследования приготовленных таблеток выполняли на спектрометре "Specord" М-80.
Для проведения химического анализа образцы бетона обрабатывали в соответствии с требованиями ГОСТа 5382-91, а также по методикам, используемым в химическом анализе почв и минералов [230-235]. Кроме валового анализа содержания химических элементов, ионов и соединений в образцах бетона исследовали подвижность элементов в виде отдельных их соединений: Са2+ + Мg2+ , Fe