Эффективность очистки сточных вод, поступающих в малые реки Крайнего Севера Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК 543.3+628.35

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, ПОСТУПАЮЩИХ В МАЛЫЕ РЕКИ КРАЙНЕГО СЕВЕРА

© Е. В. Дагаева*, Ф. Х. Кудашева

Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, 450076 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.

Тел./факс: +7 (347) 229 9712.

*Email: katynia@list.ru

В связи с водоохранными мероприятиями особое место в настоящее время занимает проблема охраны малых рек, особенно если они находятся в зоне деятельности крупных производств, является актуальной. Даны рекомендации по доведению эффективности очистки до требуемых показателей, отличительная особенность которых является доступность, практичность и не оказывающие негативного воздействия на окружающую среду.

Ключевые слова: малые реки, загрязняющие вещества, сточные воды.

Среди водоохранных мероприятий особое место в настоящее время занимает проблема охраны малых рек. Малые реки могут деградировать и отмирать, особенно если они приближены к мощным потребителям [1]. Потенциал самоочищения таких рек может не выдержать техногенной нагрузки, поэтому систематический контроль за качеством сбрасываемой водой, и проведение мероприятий обеспечивающих качественную очистку воды от загрязнителей, является актуальной.

Река Ирелях (Западная Якутия, бассейн р. Вилюй) протекает в многолетнемерзлых породах на самом севере умеренного пояса Северного полушария. В этом районе климат резко континентальный, зима очень холодная и долгая (7-8 месяцев), лето короткое, но достаточно теплое. Река находится в зоне действия предприятий нефтяной, газодобывающей, горнодобывающей промышленности [2, 3].

Очистные сооружения города принимают промышленные и хозяйственно-бытовые стоки [4] и осуществляют выпуск очищенных сточных вод в р. Ирелях.

В связи с возросшим объемом сточных вод, перегруженностью очистных сооружений и с целью сокращения негативного воздействия хозяйственно-бытовых стоков на водные экосистемы, разработан рабочий проект реконструкции канализационно-очистных сооружений биологической очистки (КОС

БО) с повышенной производительностью. Блок-схема очистки сточных вод приведена на рисунке.

Для определения эффективности очистки сточных вод очистных сооружений проводился качественный и количественный анализ по основным показателям: уровень рН, содержание биогенных элементов, органических веществ и наиболее важных загрязняющих веществ, содержащихся в сточных водах, включая взвешенные вещества, фенолы, нефтепродукты, АПАВ, жиры. Исследования проводились лабораторией, аккредитованной на техническую компетентность в системе аккредитации аналитических лабораторий по ГОСТ Р ИСО/МЭК17025:2009.

Анализы выполнялись по методикам, допущенным для целей государственного и производственного экологического контроля, определенным областью аккредитации проведения количественного химического анализа сточных вод с использованием потенциометрии, фотометрии, флуоромет-рии, ИК-спектрометрии гравиметрии и других методов анализа. В таблице приведены результаты среднегодовой химического состава сточных вод КОС БО за 2014 г, процент удаления и допустимые на выпуске в р. Ирелях концентрации загрязняющих веществ.

Величина рН в сточных водах - важный показатель эффективности биологической очистки. От его значения зависит сила токсического действия на

Рис. Блок-схема очистки сточных вод, где 1 - решетка, 2 - песколовка, 3 первичный отстойник, 4 - аэротенк, 5 - вторичный

отстойник, 6 - блок доочистки.

Таблица

Среднегодовой химический состав сточных вод КОС БО за 2014 г, процент удаления и допустимые на выпуске в р. Ирелях концентрации загрязняющих веществ

Процент уда-

Наименование Методика выполнения Поступающая Очищенная ления загряз- ДКЗВ1

показателей измерений сточная вода сточная вода няющих веществ, %

ПНД Ф 14.1:2:3:4.121-97

7.7

Водородный показатель, ед. рН

Жесткость (общая), °Ж

Сухой остаток, мг/дм3 ХПК, мгО/дм3 Аммоний-ион, мг/дм3 Азот аммонийный, мг/дм3

Нитрит - ион, мг/дм3 Азот нитритный, мг/дм3 Нитрат - ион, мг/дм3 Азот нитратный, мг/дм3 Фосфат - ион, мг/дм3 Фосфор общий, мг/дм3 Взвешенные вещества, мг/дм3

БПК5, мгО2/дм3 Железо общее, мг/дм3 АПАВ, мг/дм3 Фенолы, мг/дм3

Нефтепродукты, мг/дм3

Жиры, мг/дм3

1- Допустимая концентрация загрязняющего вещества.

2- Прочерк означает: показатель не рассчитывался.

3- Жирным шрифтом выделены концентрации, превышающие допустимые

7.7

6.5-8.5

14.1:2:4.167-2000 52029-2003 4.03 3.67 - 7.0

14.1:2:4.261-10 478 383 - 536

14.1:2:4.190-03 187.3 50.4 73 50.5

14.1:2.1-95 16.1 9.43 42 0.5

14.1:2.1-95 12.6 7.3 42 0.4

14.1:2:4.3-95 0.26 1.15 - 0.08

14.1:2:4.3-95 0.078 0.345 - 0.024

14.1:2:4.4-95 0.94 20.4 - 40.0

14.1:2:4.4-95 0.22 4.69 - 9.03

14.1:2:4.112-97 2.03 3.26 - 0.20

14.1:2.106-97 1.65 1.28 22 0.98

14.1:2:4.254-09 83 7.3 91 9.9

14.1:2.3:4.123-97 39.1 10.6 73 3.1

14.1:2:4.50-96 1.35 0.27 80 0.18

14.1:2:4.158-2000 1.80 0.21 88 0.15

14.1:2:4.182-02 0.0062 0.0022 65 0.001

14.1:2:4.128-98 14.1:2:4.273-2012 1.58 0.24 85 0.05

14.1:2:4.273-2012 3.42 0.19 94 0.01

2

активный ил загрязняющих веществ, присутствующих в сточных водах, благополучие функционирования организмов активного ила [5, 6].

Взвешенные вещества - частицы нерастворимых твердых веществ, распределенных по всему объему жидкости.

Общее содержание примесей в воде характеризуется сухим остатком, определяемым выпариванием, высушиванием и взвешиванием пробы. Сухой остаток - важный контрольный показатель работы всех звеньев биологической очистки, назначение которых последовательно удалять взвешенные и коллоидные вещества [5].

Жесткость общая. При эксплуатации сооружений биологической очистки очень важно значение жесткости очищаемых сточных вод, она существенно влияет на биохимическое окисление загрязняющих веществ. Значение жесткости практически не изменяется в процессе биологической очистки сточных вод [5].

Химическое потребление кислорода (ХПК) включает потребление кислорода на окисление неорганических соединений, легкоокисляемой орга-

ники, растворенной органики, инертной к биохимическому разложению, взвешенной органики[6]. Значение ХПК по этапам очистки важно в процессе эксплуатации сооружений биологической очистки, эти данные позволяют характеризовать возможности активного ила биохимически окислять загрязняющие вещества. Из таблицы видно, что стоки на выпуске в р. Ирелях по этому показателю соответствуют допустимой концентрации загрязняющих веществ [5].

Основным показателем загрязненности вод органическими веществами, является показатель -Биологическое потребление кислорода (БПК).

БПК - метод, имитирующий природные процессы самоочищения в водоеме, является мерой содержания тех органических веществ, которые могут служить субстратом для микроорганизмов [5]. В качестве положительных факторов действующих на этот показатель следует отметить солнечную радиацию, воздух, деятельность бактерий и организмов, зеленых растений. БПК5, для чистой природной воды имеет значение от 2-4 мгО2/дм3, а загрязненной - более 30 мгО2/дм3 [7]. Из таблицы видно, что стоки на выпуске в р. Ирелях по данному показателю

превышают допустимую концентрацию загрязняющих веществ.

Железо общее постоянно встречается в сточных водах предприятий рудного и шахтного производства, химической и нефтехимической промышленности. Попадание соединений железа в водоемы следует предупреждать в связи с тем, что соединения железа перераспределяются в воде, растительности и гидробионтах, накапливаются и поэтому представляют существенную экологическую угрозу.

Тщательный контроль за содержанием железа общего необходим не только для сохранения активного ила, но и для обеспечения экологической безопасности природных водоемов. Из таблицы видно, что стоки на выпуске в р. Ирелях по показателю содержания общего железа превышают допустимую концентрацию загрязняющих веществ.

Фосфат-ионы. Содержание фосфора в сточных водах характеризует качество процесса биологической очистки. Наблюдается превышение по фосфат-ионам, связанное с чрезмерной загрузкой активного ила [5, 8, 9].

Содержание азота так же характеризует качество процесса биологической очистки. Азот служит питательной средой для многих микроорганизмов, применяемых при биологической очистке в аэро-тенках, и он необходим для нормальной работы биопленки очистных канализационных сооружений [5, 9].

Насыщение водоема соединениями азота и фосфора сопровождается развитием сине-зеленых водорослей - потребителей кислорода, который идет на дыхание организмов и разложение отмерших остатков. В результате происходит максимальная гибель водных организмов, снижается способность водоемов к самоочищению [10].

Анионные поверхностные вещества (АПАВ): производные карбоновых и ациламинокарбоновых кислот [11, 12], поступают в стоки с бытовыми отходами и отходами нефтяной и химической промышленности. Присутствие АПАВ в стоках приводит к образованию пены в аэротенках, ухудшению очистки из-за снижения ферментативной активности ила. Из таблицы видно, что стоки на выпуске в р. Ирелях по АПАВ показателю несколько превышают допустимую концентрацию загрязняющих веществ.

Наиболее распространенные загрязняющие вещества в сточных водах - нефтепродукты [11, 12, 13]. Они присутствуют в сточных водах автотранспортной, нефтехимической промышленности. Нефтепродукты для своего окисления и разложения требуют только кислородные условия. В большинстве случаев нефтепродукты токсически действуют на активный ил и нарушают процесс дыхания клеток ила. Из таблицы видно, что стоки на выпуске в р.

Ирелях по показателю содержания нефтепродуктов превышают допустимую концентрацию загрязняющих веществ.

Фенолы присутствуют в сточных водах, как правило, в нефтехимической и деревообрабатывающей промышленности [7, 14]. Из табл. видно, что стоки на выпуске в р. Ирелях по фенольному показателю превышают допустимую концентрацию загрязняющих веществ.

Таким образом, на основе проведенных исследований по основным показателям очистка сточных вод, сбрасываемых в реку Ирелях протекает в удовлетворительном режиме, за исключением некоторых показателей.

Результаты анализов, приведенные в таблице, показали, превышение допустимых концентраций загрязняющих веществ [15, 16]: по фосфатам (в 16 раза), нитритам (в 14 раз), БПК5. (в 3.5 раза), ионам аммония (в 19 раз), фенолам (в 2 раза), железу общему (в 1.5 раза), нефтепродуктам (в 5 раз), АПАВ (в 1.4 раза), жирам (в 15 раз).

Видно, что требуется усовершенствование системы очистки сточных вод, при этом необходимо, чтобы дополнительные использованные мероприятия должны быть практичными и не оказывающими негативного воздействия на окружающую среду.

Из анализа литературных данных по доведению эффективности очистки до требуемых показателей наиболее перспективными являются включение в технологическую схему очистки, блока до-очистки с применением таких поглотителей как гидрогель [17], позволяющий снизить концентрацию соединений азота и фосфора, а также интенсификация процессов путем стимулирования функционирующего биоценоза активного ила [18-20].

ЛИТЕРАТУРА

1. Авакян А. Б. Водные проблемы: мифы и реальность. М.: Знание, 1991. 4-12 с.

2. Ресурсы поверхностных вод СССР: Гидрологическая изученность. Т. 17. Ленско-Индигирский район. Вып. 4. Бассейн р. Лены от устья р. Алдан до устья р. Вилюй и бассейн р. Вилюй./ Под ред. Шароглазова А. С. Л.: Гидрометеоиз-дат, 1964. 128 с.

3. Вода России. Речные бассейны. / Под ред. А. М. Черняева. М.: ФГУП, 2002. 572 с.

4. Канализация населенных мест и промышленных предприятий. Справочник проектировщика. /Под ред. В. Н. Самохина. М. Стройиздат, 1981. 639 с.

5. Жмур Н. С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. М.: Акварос, 2003. 512 с.

6. Возная Н. Ф. Химия воды и микробиология. М.: Высшая школа, 1979. 340 с.

7. Карюхина Т. А. Химия воды и микробиологии.// Т. А. Ка-рюхина, И. Н. Чурбанова/ М.: Стройиздат, 1974. 215 с.

8. Галанцева Л. Ф. О некоторых недостатках в анализе сточных вод на фосфаты/ Л. Ф. Галанцева, С. В. Фридланд// Вестник Казан. технол. ун-та.2011.Т.14, №8. С. 204-206.

9. Мишуков Б. Г. Удаление азота и фосфора на очистных сооружениях городской канализации / Б. Г. Мишуков, Е. А.

Соловьева, СПб.: ЗАО «Водопроект-Гипрокоммунводока-нал», 2004. 72 с.

10. Гусева К. А. Цветение воды, его причины, прогноз и меры борьбы с ним // Тр. Всесоюз. гидробиол. общества. 1952. 3-84 с.

11. Вредные вещества в промышленности: Органические вещества. Справочник / под ред. Э. Н. Левиной, И. Д. Гадан-ской. Л.: Химия, 1985. 464 с.

12. Проскуряков В. А. Очистка сточных вод в химической промышленности./^. А. Проскуряков, Л. И. Шмидт / Л.: Химия, 1977. 464 с.

13. Берне Ф. Водоочистка. Очистка сточных вод нефтепереработки. Подготовка водных систем охлаждения. Пер. с франц. / Ф. Берне, Ж. Кордонье М.: Химия, 1997. 288 с.

14. Ситнер Е. Я. Химия и экология гидросферы.// Е. Я.Ситнер Е, В. И. Вигдорович / Тамбов: Изд-во ТГУ им. Г. Р. Державина, 2000. 204 с.

15. СанПиН 2.1.5.980-00. 2.1.5. Водоотведение населенных мест, санитарная охрана водных объектов. Гигиенические требования к охране поверхностных вод. Санитарные правила и нормы.

16. ВНД «Методика расчета нормативов допустимых сбросов (НДС) веществ и микроорганизмов в водные объекты для водопользователей», разработанный ОАО «НИИ ВОД-ГЕО», ОАО «ВТИ» и ФГУП «РосНИИВХ», утв. МПР РФ, приказ №»333 от 17 декабря 2007 г.

17. Kioussis Dimitri R. Reactive nitrogen and phosphores removal from aquaculture wastewater efïuents using polymer hydrogels// R. Kioussis Dimitri, W.Wheaton Fredrick, Kofnas Peter// Aquacultural Engineering , 2000. P. 315-332.

18. Пат. 2404964 РФ/ Фридланд С. В., Павлова Т. П., Пантю-кова М.Е; Н^ифенилгуанидиновая соль бис(оксиме-тил)фосфиновой кислоты в качестве биостимулятора активного ила для очистки сточных вод и способ ее получения / заявл. 1.07.2009; опубл. 27.11.2010. 5c.

19. Соловьева Е. А. Очистка сточных вод от азота и фосфора. СПб.: Водопроект-Гипрокоммунводоканал. 2009. 72 с.

20. Лукиных, Н. А. Методы удаления из сточных вод питательных веществ / Н. А. Лукиных,Б. П. Липман, В. П. Криштул // Методы доочистки сточных вод. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1978. 156 с.

Поступила в редакцию 19.01.2016 г.

ISSN 1998-4812

BeciHHK EamKHpcKoro yHHBepcHTeTa. 2016. T. 21. №2

329

EFFICIENCY OF PURIFICATION OF WASTEWATER DISCHARGED TO SMALL RIVERS OF THE FAR NORTH

© E. V. Dagaeva*, F. H. Kudasheva

Bashkir State University 32 Zaki Validi St., 450076 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia.

Phone: +7 (347) 229 9712.

*Email: katynia@list.ru

The protection of small rivers takes a special place among water conservation measures. Small rivers can degrade and wither away especially if they are close to strong consumers. The Irelyakh river in Vilyui basin of Western Yakutia flows in permafrost of the Northern hemisphere. The climate is continental in this area; winters are cold and long (7-8 months), summers are short but warm enough. The river is in the area of the oil industry, gas industry, and mining. City's treatment plants purify industrial and domestic wastewater; the treated effluent is discharged to the river Irelyakh. Qualitative and quantitative analysis was conducted to determine the effectiveness of wastewater treatment facilities on the basic parameters such as pH, content of nutrients, organic matter, suspended solids, phenols, petroleum products, anionic surfactants, fats. It was found that the main characteristics of the wastewater discharged into the river Irelyakh are satisfactory with a few exceptions. The admissible concentrations of the following pollutants are exceeded: phosphate ions, nitrite-ions, BOD5, ammonium ions, phenols, iron, oil products, anionic surfactants, and fats. The study shows that the wastewater treatment plants require improvements. On the basis of the analysis of literature data to bring purification efficiency up to the required level, the most promising measure is the inclusion to the technological treatment scheme of post-treatment block with the use of hydrogel absorber that will reduce the concentration of nitrogen compounds and phosphorus. The intensification of purification processes by stimulating the functioning biocenosis of active sludge is suggested as well.

Keywords: small rivers, polluting substances, wastewater.

Published in Russian. Do not hesitate to contact us at bulletin_bsu@mail.ru if you need translation of the article.

REFERENCES

1. Avakyan A. B. Vodnye problemy: mify i real'nost' [Water problems: myths and reality]. Moscow: Znanie, 1991. 42. Resursy poverkhnostnykh vod SSSR: Gidrologicheskaya izuchennost'. Vol. 17. Lensko-Indigirskii raion. No. 4. Bassein r. Leny ot ust'ya r. Aldan do ust'ya r. Vilyui i bassein r. Vilyui [Surface water resources of the USSR: Hydrological data. Vol. 17. Lena-Indigirka region. Issue 4. The basin of the river Lena from the mouth of the Aldan river to the mouth of the Vilyui river and the basin of the Vilyui river] / Pod red. Sharoglazova A. S. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1964.

3. Voda Rossii. Rechnye basseiny [Water of Russia. River basins]. Ed. A. M. Chernyaeva. Moscow: FGUP, 2002.

4. Kanalizatsiya naselennykh mest i promyshlennykh predpriyatii. Spravochnik proektirovshchika [Sanitation of settlements and industrial enterprises. Designer's handbook]. Ed. V. N. Samokhina. M. Stroiizdat, 1981.

5. Zhmur N. S. Tekhnologicheskie i biokhimicheskie protsessy ochistki stochnykh vod na sooruzheniyakh s aerotenkami [Technological and biochemical processes of wastewater treatment at the facilities with aeration]. Moscow: Akvaros, 2003.

6. Voznaya N. F. Khimiya vody i mikrobiologiya [Chemistry of water and microbiology]. Moscow: Vysshaya shkola, 1979.

7. Karyukhina T. A. T. A. Karyukhina, I. N. Churbanova [Chemistry of water and of microbiology] / Moscow: Stroiizdat, 1974.

8. Galantseva L. F. Vestnik Kazan. tekhnol. un-ta.2011. Vol. 14, No. 8. Pp. 204-206.

9. Mishukov B. G. Udalenie azota i fosfora na ochistnykh sooruzheniyakh gorodskoi kanalizatsii [Removal of nitrogen and phosphorus on urban facilities of wastewater treatment] / B. G. Mishukov, E. A. Solov'eva, Saint Petersburg: ZAO «Vodoproekt-Giprokommun-vodokanal», 2004.

10. Guseva K. A. Tr. Vsesoyuz. gidrobiol. obshchestva. 1952. 311. Vrednye veshchestva v promyshlennosti: Organicheskie veshchestva. Spravochnik. Ed. E. N. Levinoi, I. D. Gadanskoi. Leningrad:

Khimiya, 1985.

12. Proskuryakov V. A.V. A. Proskuryakov, L. I. Shmidt [Wastewater treatment in chemical industry] / Leningrad: Khimiya, 1977.

13. Berne F. Vodoochistka. Ochistka stochnykh vod neftepererabotki. Podgotovka vodnykh sistem okhlazhdeniya. Per. s frants. [Water treatment. Treatment of wastewater of oil refining. Preparation of water cooling systems. Transl. from French] / F. Berne, Zh. Kordon'e Moscow: Khimiya, 1997.

14. Sitner E. Ya. E. Ya.Sitner E, V. I. Vigdorovich [Chemistry and ecology of the hydrosphere] / Tambov: Izd-vo TGU im. G. R. Derzhavina, 2000.

15. SanPiN 2.1.5.980-00. 2.1.5. Vodootvedenie naselennykh mest, sanitarnaya okhrana vodnykh ob''ektov. Gigienicheskie trebovaniya k okhrane poverkhnostnykh vod. Sanitarnye pravila i normy.

330

XHMH£

16. VND «Metodika rascheta normativov dopustimykh sbrosov (NDS) veshchestv i mikroorganizmov v vodnye ob''ekty dlya vodopol'zovatelei», razrabotannyi OAO «NII VODGEO», OAO «VTI» i FGUP «RosNIIVKh», utv. MPR RF, prikaz No. 333 ot 17 dekabrya 2007 g.

17. Kioussis Dimitri R. R. Aquacultural Engineering , 2000. Pp. 315-332.

18. Pat. 2404964 RF/ Fridland S. V., Pavlova T. P., Pantyukova M.E; N,Ndifenilguanidinovaya sol' bis(oksimetil)fosfinovoi kisloty v kachestve biostimulyatora aktivnogo ila dlya ochistki stochnykh vod i sposob ee polucheniya / zayavl. 1.07.2009; opubl. 27.11.2010. 5c.

19. Solov'eva E. A. Ochistka stochnykh vod ot azota i fosfora [Removal of nitrogen and phosphorous from wastewater]. Saint Petersburg: Vodoproekt-Giprokommunvodokanal. 2009.

20. Lukinykh, N. A. Metody doochistki stochnykh vod. 2 ed. pererab. i dop. Moscow: Stroiizdat, 1978.

Received 19.01.2016.