CC BY
265
УДК 629.039.58
АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ГОРОДСКИХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ПО РЯДУ ПРИОРИТЕТНЫХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ
© А.В. Рязанов, Н.В. Бучнева
Ключевые слова: биологическая очистка; сточные воды; загрязняющие вещества; тяжелые металлы. Рассмотрено содержание ряда приоритетных загрязняющих веществ в сточных водах, прошедших через городские очистные сооружения. Проведена оценка эффективности удаления ряда загрязнителей как органического, так и неорганического происхождения.
Интенсивное развитие промышленности, рост городов и других населенных пунктов, повышение степени их благоустройств требуют решения проблемы предотвращения отрицательного воздействия на окружающую природную среду. В основных направлениях экологического и социального развития России значительное внимание уделено вопросам охраны окружающей среды, рациональному использованию и воспроизводству природных ресурсов, предусматривается проведение мероприятий, обеспечивающих охрану водных источников от загрязнения и истощения [1].
Сброс промышленных сточных вод приводит к загрязнению естественных водоемов. Наиболее интенсивному антропогенному воздействию подвергаются пресные поверхностные воды суши. Водные экосистемы, отравленные избыточными сбросами, лишаются растений и животных, способных очищать воду, и требуются существенные затраты, чтобы их восстановить.
В борьбе за сокращение вредных сбросов очень важным направлением стала разработка и введение новых, непрерывно совершенствующихся технологий очистки, типов и конструкций очистных сооружений [2].
В г. Котовск Тамбовской области действует общесплавная система канализации. Производственные воды, содержащие значительное количество токсичных веществ, подвергаются предварительной очистке на локальных очистных сооружениях промышленных предприятий, после чего направляются в хозяйственно-фекальную канализацию и собираются в приемном резервуаре канализационной насосной станции, откуда подаются на очистные сооружения. Для очистки сточных вод применяются механический и биологический методы с последующей дезинфекцией. Обработка образующегося сырого осадка осуществляется в двухъярусных отстойниках.
Для изучения особенностей работы и эффективности функционирования очистных сооружений г. Ко-товск был оценен уровень снижения содержания некоторых загрязнителей в стоках, прошедших через очистные сооружения в 2013 г.
Практически по всем загрязняющими веществам эффективность очистки находится на высоком уровне. Для некоторых загрязнителей, представляющих определенный интерес с позиции возможных последствий
для водоема, в который поступают воды, прошедшие очистные сооружения, были построены диаграммы, отражающие значения их концентраций до и после очистки.
На рис. 1 представлена диаграмма, отражающая значение химического потребления кислорода (ХПК) в сточной воде на входе в очистные сооружения и на выходе из них в первом квартале 2013 г.
Из рис. 1 видно, что, несмотря на заметные колебания данного показателя во входящих на очистные сооружения стоках, на выходе значения ХПК различаются несущественно, что свидетельствует не только об эффективном удалении загрязнителей органического происхождения, но и о стабильной работе очистных сооружений.
Несколько иная картина наблюдается для показателя сухого остатка (рис. 2). Во-первых, эффективность снижения данного показателя, характеризующего общее содержание растворенных в воде веществ, незначительна. Во-вторых, при условии, что химическое потребление кислорода существенно снижается, а соответственно снижается и содержание растворенных в воде органических веществ, то «сухой остаток» образуют вещества минерального происхождения. Данный факт свидетельствует о высоком содержании растворимых минеральных веществ в воде, поступающей на очистку. Так как биохимическое окисление не способно существенно снижать концентрацию загрязнителей неорганической природы, то данные загрязнители проходят через очистные сооружения и поступают в водоем.
Данное положение подтверждает тот факт, что эффективность снижения содержащихся в воде взвешенных веществ весьма существенна и достигает 95 % (рис. 3), а также низкая эффективность снижения концентрации сульфатов и хлоридов, которые, по-видимому, и формируют сухой остаток. Это свидетельствует о хорошей работе сооружений механической очистки и еще раз подтверждает утверждение, что сухой остаток формируют хорошо растворимые в воде минеральные вещества.
Особый интерес для оценки эффективности процесса биологической очистки представляет вопрос о соотношении концентраций азота аммонийного, нитрит и нитрат ионов в сбрасываемых в водоем сточных водах. Максимальное снижение содержания азота аммонийного и нитрит ионов свидетельствует о достиже-
2028
500
январь февраль март ср.знач
Рис. 1. Значение показателя ХПК в сточных водах до и после очистных сооружений в первом квартале 2013 г.
мг/л
январь февраль март ср.знач
Рис. 2. Содержание сухого остатка в сточных водах до и после очистных сооружений в первом квартале 2013 г.
Рис. 3. Содержание взвешенных веществ в сточных водах до и после очистных сооружений в первом квартале 2013 г.
нии процесса нитрификации и, соответственно, о высокой эффективности процесса биохимического окисления.
Данные, характеризующие содержание вышеозначенных соединений, приведены на рис. 4.
Из рис. 4 четко видно, что восстановленная и сла-боокисленная формы азота присутствуют в воде в минимальном количестве, в то время как окисленная форма (нитрат ион) присутствует в весьма ощутимой концентрации. Это свидетельствует о том, что процесс окисления в аэробных условиях происходит весьма
интенсивно. С другой стороны, поступление в водоем большого количества азота в легкоусваиваемой форме интенсифицирует процесс эвтерификации, что в свою очередь может негативно повлиять на экосистему водоема.
Сходная картина по всем рассмотренным параметрам наблюдается и в другие сезоны года. Повторение основных зависимостей прямо указывает на стабильность работы сооружений биологической очистки, на которую зачастую влияют температура окружающего
2029
мг/л 45 40 35 30 25 20 15 10 5 О
Рис. 4. Содержание азота аммонийного, нитрит ионов и нитрат ионов в сточных водах до и после очистных сооружений в первом квартале 2013 г.
Таблица 1
Средние значения концентрации ионов тяжелых металлов в сточных водах в первом квартале 2013 г., мг/дм3
Загрязнитель Январь Февраль Март Ср. знач. X ¡3 С
вход выход вход выход вход выход вход выход
№2+ 0,075 0,025 0,071 0,02 0,079 0,02 0,075 0,022 0,0197
Сг3+ 0,004 0 0,002 0 0,003 0 0,003 0 0,004
Си2+ 0,02 0,011 0,077 0,013 0,024 0,011 0,040 0,012 0,05
Zn2+ 0,44 0,007 0,54 0,021 0,68 0,027 0,55 0,018 0,06
Мп2+ 0,17 0 0,30 0 0,23 0 0,23 0 0,015
-еобщ 1,62 0,27 1,93 0,24 0,98 0,21 1,51 0,24 0,3
Таблица 2
Значение эффективности удаления ионов некоторых тяжелых металлов на очистных сооружениях г. Котовск
в первом квартале 2013 г.
Загрязнитель Эффективность Эффективность Эффективность Эффективность
очистки, январь очистки, февраль очистки, март очистки, средняя за квартал
№2+ 0,63 0,72 0,75 0,71
Сг3+ 1 1 1 1
Си2+ 0,45 0,83 0,54 0,7
Zn2+ 0,98 0,96 0,96 0,97
Мп2+ 1 1 1 1
-еобщ 0,83 0,88 0,79 0,84
январь февраль март среднее
воздуха и состав стоков, зависящий от интенсивности работы промышленных предприятий, при условии относительно стабильного поступления стоков от бытовых объектов.
Таким образом, очистные сооружения г. Котовск эффективно справляются с содержащимися в сточных водах загрязнителями органического происхождения. Большую часть рассмотренного временного периода на очистных сооружениях достигают стадии нитрифика-
ции, что позволяет существенно снижать концентрацию токсичных нитрит ионов.
Определенный интерес с позиции потенциального негативного влияния на экосистемы водоемов представляют сведения, отражающие эффективность снижения концентрации ионов тяжелых металлов в стоках, прошедших через очистные сооружения. Ионы тяжелых металлов представляют серьезную угрозу для водных экосистем вследствие возможности накопления в
2030
организме животных-гидробионтов и кумуляции при переходе по звеньям пищевой цепи.
На очистных сооружениях г. Котовск проводится систематический контроль за содержанием в сбрасываемой сточной воде ионов никеля, меди, цинка, марганца, железа и трехзарядного иона хрома. Данный выбор обусловлен особенностью технологических процессов на промышленных предприятиях, чьи стоки поступают на городские очистные сооружения. Средние значения концентрации данных токсикантов на входе и на выходе из очистных сооружений в первом квартале 2013 г. приведены в табл. 1.
Из данных табл. 1 следует, что превышение установленного предельно допустимого значения по всем отслеживаемым загрязнителям отсутствует. Несмотря на это, определенный интерес представляет эффективность улавливания, или, точнее, эффективность снижения концентрации рассматриваемых ионов тяжелых металлов в сточной воде, т. к. методы очистки, направленные на целенаправленное удаление данных загрязнителей, на очистных сооружениях г. Котовск не применяются [3]. Эти сведения приведены в табл. 2.
Из данных табл. 2 следует, что максимальная эффективность улавливания реализуется для ионов трех-зарядного хрома и марганца. Для остальных она варьи-
руется в интервале от 70 до 97 %. Подобные значения свидетельствуют о вероятном связывании данных ионов с активным илом или выпадении в осадок вследствие перехода в малорастворимое состояние.
С точки зрения оценки возможного негативного воздействия на окружающую среду и эффективности работы очистных сооружений на протяжении года определенный интерес представляет изменение содержания загрязняющих веществ в сточных водах до и после очистки на протяжении года (рис. 5-8).
При сопоставлении диаграмм четко видно, что содержание загрязнителей на входе в очистные сооружения нестабильно и значительно отличается от квартала к кварталу. Причем для различных загрязнителей пиковые значения приходятся на разные временные периоды. Это не может быть объяснено с позиции интенсификации производственной деятельности предприятий города и, скорее всего, связано с тем, что различные загрязнители преимущественно образуются на разных предприятиях, но данный факт требует дополнительных исследований с привлечением сведений, отражающих состав сточных вод на выходе с предприятий города.
В любом случае эффективность снижения концентрации при прохождении через очистные сооружения
I квартал Иквартал III квартал 1\/квартал среднее Рис. 5. Содержание никеля в сточных водах на входе и на выходе из очистных сооружений в 2013 г.
Рис. 6. Содержание меди в сточных водах на входе и на выходе из очистных сооружений в 2013 г.
2031
I квартал Мквартал III квартал 1\/квартал среднее Рис. 7. Содержание цинка в сточных водах на входе и на выходе из очистных сооружений в 2013 г.
I квартал Мквартал III квартал |\/квартал
Рис. 8. Содержание железа общего в сточных водах на входе и на выходе из очистных сооружений в 2013 г.
позволяет минимизировать негативное влияние на экосистему р. Цна, хотя и требует постоянного и пристального внимания со стороны контролирующих организаций.
ЛИТЕРАТУРА
1. О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2013 году: государственный доклад. М., 2014.
2. Рязанов А.В. Оценка эффективности работы очистных сооружений г. Тамбов // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2013. Т. 18. Вып. 6. С. 31863188.
3. Рязанов А.В., Можаров А.В., Завершинский А.Н. Анализ эффективности работы городских очистных сооружений в отношении
ряда приоритетных загрязняющих веществ // Международный научно-исследовательский журнал. 2014. № 4 (23). Ч. 2. С. 58-59.
Поступила в редакцию 7 июля 2014 г.
Ryazanov A.V., Buchneva N.V. ANALYSIS OF EFFICIENCY OF MUNICIPAL WASTEWATER TREATMENT PLANTS ACCORDING TO NUMBER OF PRIORITY POLLUTANTS
The content of a number of priority pollutants in the waste-water passing through municipal treatment facilities is examined. The effectiveness of the removal of a number of pollutants both organic and inorganic origin is assessed.
Key words: biological treatment; waste water; pollutants; heavy metals.
Рязанов Алексей Владимирович, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, кандидат химических наук, доцент, доцент кафедры экологии и безопасности жизнедеятельности, e-mail: [email protected]
Ryazanov Aleksey Vladimirovich, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Candidate of Chemistry, Associate Professor, Associate Professor of Ecology and Life Safety Department, e-mail: [email protected]
Бучнева Наталья Валерьевна, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, магистрант, кафедра экологии и безопасности жизнедеятельности, e-mail: [email protected]
Buchneva Natalya Valeryevna, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Candidate for Master's Degree, Ecology and Life Safety Department, e-mail: [email protected]
2032
