CC BY
152
Секция: АНАЛИТИЧЕСКАЯ И НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 628.34
ХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Г. ТАМБОВА
© О.В. Алехина, Н.В. Вервекина, Н.П. Долгова
Ключевые слова: анализ сточных вод; загрязнитель.
Исследован состав сточных вод на очистных сооружениях филиала ОАО «ТКС» «Тамбовводоканал» за май-июнь 2011 г. и февраль-май 2012 г. по показателям: ХПК, БПК, железо общее, ионы меди, цинка, кадмия и нитрат-ионы. Зафиксированы колебания значений загрязняющих веществ от максимальных значений до минимальных, с превышением на сбросе по некоторым показателям.
Повышение требований к экологической охране окружающей среды, в т. ч. и водных объектов, приобрело всенародный характер. Решение экологической проблемы по охране водоемов от загрязнения их недостаточно очищенными сточными водами приобретает все большее значение. Данная проблема актуальна и для областного центра - г. Тамбова.
В периоды май-июнь 2011 г. и февраль-май 2012 г. проведен анализ качества очистки сточных вод очистных сооружений филиала ОАО «ТКС» «Тамбовводоканал» по следующим показателям: ХПК, БПК, ионы меди, цинка, кадмия, железо общее и нитрат-ионы. Исследования проводились на базе центральной лаборатории филиала ОАО «ТКС» «Тамбовводоканал». Результаты этих анализов служат оперативной информацией для обеспечения стабильного и удовлетворительного качества очистки в условиях непрерывно изменяющегося состава поступающих сточных вод.
Характер поступающих на очистные сооружения стоков - смешанный. Предусмотрена механическая и биологическая очистка с дальнейшей доочисткой и обеззараживанием сточных вод.
Методы исследования: титриметрический, фотометрический, вольтамперометрический [1-5].
ХПК. Критерием потенциального снижения общей концентрации растворенного кислорода в водоемах, в которые поступают сточные воды, служит химическая потребность в кислороде (ХПК).
Таблица 1
ХПК сточной воды, прошедшей очистку. НДС = 30,00 мг О2/дм3
Декада 2011 г. 2012 г.
май июнь февраль март апрель май
1 декада 46,7 44,1 84,8 76 60,3 74,3
2 декада 47,9 40,6 66,7 69 70,7 64,7
3 декада 49 30,6 68,8 78 47 72,7
Химическое потребление кислорода - это количество кислорода, потребляемое при химическом окислении содержащихся в воде органических и неорганических веществ под действием окислителей.
На протяжении всего анализируемого периода зафиксировано тотальное превышение значения ХПК (табл. 1). Так, в мае-июне 2011 г. величина ХПК в среднем составила 1,44 НДС, а в феврале-мае 2012 г. -2,3 НДС.
НДС - это нормативы, которые установлены для субъектов хозяйственной и иной деятельности в соответствии с показателями массы химических веществ, в т. ч. радиоактивных, иных веществ и микроорганизмов, допустимых для поступления в водные объекты от стационарных, передвижных и иных источников в установленном режиме и с учетом технологических нормативов, при соблюдении которых обеспечиваются нормативы качества воды водного объекта.
Биохимическое потребление кислорода (БПК) - это показатель загрязнения, характеризующийся количеством кислорода (в мг), который за установленный период времени израсходован на окисление загрязнителей водоема, содержащихся в единице объема (обычно в 1 л) при 20 °С.
БПК пробы сточных вод - кислородный эквивалент степени загрязненности сточных вод, биохимически окисляемыми органическими веществами. БПК устанавливает количество кислорода, необходимое для
Таблица 2
БПК сточной воды, прошедшей очистку. НДС = 6,864 мг О2/дм3
Декада 2011 г. 2012 г.
май июнь февраль март апрель май
1 декада 5,5 5,7 7,4 9,5 8,6 8,1
2 декада 4,7 8,6 7,09 8,3 8,1 7,6
3 декада 5,03 5,5 7,6 9,5 5,6 9,4
жизнедеятельности микроорганизмов, участвующих в окислении и деструкции органических соединений примесей сточной воды. БПК характеризует часть органических примесей, окисляемых биохимически и находящихся в растворенном и коллоидном состояниях, и часть примесей во взвешенном состоянии, которая способна расщепляться под действием экзоферментов.
В мае-июне 2011 г. величина БПК в целом удовлетворяла допустимым нормам (НДС = 6,864 мг/дм3). В 2012 г., напротив, наблюдалось стабильное превышение по данному показателю (табл. 2). Так, в среднем величина БПК(полное) составила: 1,07 НДС (февраль); 1,33 НДС (март); 1,08 НДС (апрель) и 1,2 НДС (май). Это свидетельствует о высоком содержании в сточных водах углеродсодержащей органики, окисляющейся биологическим способом и выполняющей роль активного субстрата для микроорганизмов.
Снижение концентрации растворенного кислорода быстро приводит к гибели аэробных организмов, а также животных, конечным результатом истощения растворенного кислорода будет грязная, неприятно пахнущая река, зараженная патогенными микроорганизмами.
Нитрат-ионы. Поступление большого количества нитрат-ионов в водные объекты ведет к нарушению процессов саморегуляции в биоценозах, в них начинают доминировать виды, наиболее приспособленные к изменившимся условиям (хлорококковые и сине-зеленые водоросли), вызывая «цветение» воды. В момент цветения они продуцируют нейротоксины, вызывающие заболевание нервной системы, и гепатоксины, вызывающие разрушение или рак печени.
Согласно полученным экспериментальным данным (табл. 3), концентрация нитрат-ионов в водах, прошедших очистку, превышала НДС за весь период наблюдения. Так, в мае 2011 г. С(КО3-) = 47,7 мг/дм3 в среднем, в июне возрастала до 55,1 мг/дм3, а в 2012 г. составила в среднем 1,4 НДС.
Тяжелые металлы
Тяжелые металлы - наиболее распространенная группа токсичных, трудноокисляемых загрязнений, присутствующих в сточных водах. Тяжелые металлы и их соли постоянно встречаются в сточных водах предприятий рудного и шахтного производств, предприятий машиностроения и металлообработки. В неочищенных сточных водах металлы представлены разнообразными химическими соединениями во взвешенной,
Таблица 3
Содержание нитрат-ионов в очищенной сточной воде. НДС = 45 мг/дм3
Декада 2011 г. 2012 г.
май июнь февраль март апрель май
1 декада 48,4 54,5 79,3 82,5 49,8 56,5
2 декада 47,6 52,9 88,1 85,3 57,4 51,4
3 декада 47,1 57,9 64,09 68,9 46,8 48,8
коллоидной, растворенной и нерастворенной формах. Некоторые из солей тяжелых металлов, например, меди, цинка, трехвалентного хрома в щелочной среде выпадают в осадок. Другие, гидролизуясь, значительно подкисляют сточные воды. Как правило, тяжелые металлы и их соли действуют на активный ил как токсиканты, угнетая его окислительную способность. Токсичность соли металла зависит от токсичности как катиона, так и аниона. Наиболее распространенные анионы, входящие в состав солей металлов в сточных водах: хлориды, нитраты сульфаты, токсичность которых примерно одинакова, а вот катионы металлов по своей токсичности значительно различаются и по убыванию их можно расположить в следующий ряд:
щ2+ > еа2+ > гп2+ > Си2+ > ръ2+ > №2+ > Со2+ >
> Бп2+ > Ва2+ > Бе2+ > Мп2+ > Бг2+ > Мй2+ > Са2+.
Известно, что разнообразные соединения металлов угнетающе действуют на активный ил. Они вызывают денатурацию ферментов активного ила, что приводит к его гибели.
В процессе биологической очистки часть ионов тяжелых металлов аккумулируется илом. При этом происходит образование комплексов ионов с белком активного ила, следствием чего является, с одной стороны, накопление соединений металлов в осадках, а с другой - снижение качества очистки сточных вод, т. к. сорбированные металлы концентрируются в активном иле и с возвратным илом неоднократно попадают в аэротенки, где значительная часть подаваемого кислорода воздуха затрачивается не на эффективное биологическое окисление загрязнений, а на восстановление свойств активного ила после токсического повреждающего воздействия.
Степень удаления тяжелых металлов в процессе биологической очистки на городских сооружениях зависит от природы металла, его начальной концентрации в неочищенных сточных водах, дозы ила, времени контакта сточных вод с илом и эффективности сорбции соединений металлов.
Попадание металлов и их соединений в природные водоемы следует тщательно контролировать и предупреждать в связи с тем, что в отличие от биологически разлагающихся веществ металлы только перераспределяются в воде, растительности и гидробионтах, накапливаются и представляют существенную экологическую угрозу [6-7].
Медь. В воде, прошедшей очистку, содержание ионов меди, в среднем, не превышало установленных норм (НДС = 0,0198 мг/дм3) (табл. 4).
Таблица 4
Содержание ионов меди в сточной воде после очистки. НДС = 0,0198 мг/дм3
Декада 2011 г. 2012 г.
май июнь февраль март апрель май
1 декада 0,0136 0,0189 0,0149 0,01305 0,0076 0,0148
2 декада 0,0148 0,0197 0,0139 0,01064 0,01 0,0134
3 декада 0,0121 0,0189 0,0178 0,0118 0,0198 0,0198
Taблицa 5
Содержание цинка в сточной воде после очистки. НДС = 0,021 мг/дм3
Декада 2011 г. 2012 г.
май июнь февраль март апрель май
1 декада G,G182 G,G2G7 G,G128 G,G16 G,G18 G,G12
2 декада G,G162 G,G199 G,G127 G,G2G5 G,G189 G,G134
З декада G,G143 G,G149 G,G151 G,G152 G,G15 G,G164
Taблицa 6
Содержание железа общего в сточной воде после очистки. НДС = 0,289 мг/дм3
Декада 2011 г. 2012 г.
май июнь февраль март апрель май
1 декада G,127 G,266 G,267 G,282 G,276 G,196
2 декада G,266 G,248 G,29 G,2G1 G,217 G,196
З декада G,215 G,32 G,22 G,2G5 G,178 G,265
Цинк. Из табл. 5 следует, что в мае-июне 2011 г. C(Zn2+) колебалась от 0,014З до 0,0207 мг/дм3; в фев-рале-мае 2012 г. лежала в пределах от 0,0127 до G,G21 мг/дм3 и не превышала допустимой нормы.
Железо общее. В третьей декаде июня 2011 г., на общем сбросе концентрация железа общего несколько выше нормы и составила 0,З2 мг/дм3. В среднем за отчетный период 2011 г. ОТєо6щ) составила 0,24 мг/дм3 при НДС = 0,289 мг/дм3. В 2012 г. превышения по НДС не зафиксировано (табл. 6).
Кадмий. В анализируемый период 2011 г. концентрация ионов оставалась практически постоянной и составила 0,0001 мг/дм3 при НДС = G,GGG11 мг/дм3. В феврале-мае 2012 г. концентрация ионов кадмия колебалась от 0,5-10-4 до 0,9-10-4 мг/дм3.
ВЫВОДЫ
Проанализирован состав сточных вод филиала ОАО «ГКС» «Taмбовводокaнaл» за период май-июнь 2011 г. и февраль-май 2012 г. Показано:
1) содержание ионов цинка, меди, кадмия, железа в очищенных стоках удовлетворяет нормативным показателям;
2) зафиксировано тотальное превышение НДС по величине ХПК и нитрат-ионам на протяжении всего анализируемого периода;
3) превышение по БПКполн отмечено в каждой пробе, отобранной в феврале-мае 2012 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. ПНДФ 14.1:2.2-95. Методика выполнения измерений массовой концентрации общего железа в природных и сточных водах фотометрическим методом. иЯЬ: www.fcao.ru
2. ПНДФ 14.1:2.2-95. Методика выполнения измерений массовой концентрации нитрат-ионов в природных и сточных водах фотометрическим методом с сульфосалициловой кислотой. иКЬ: www.fcao.ru
3. ПНД Ф 14.1:2.110-93. Методика выполнения измерений массовой концентрации ионов меди, кадмия и цинка в пробах питьевой, природных и очищенных сточных вод вольтамперометрическим методом. иКЬ: www.fcao.ru
4. ПНДФ 14.1:2.100-97. Методика выполнения измерений химического потребления кислорода (ХПК) в пробах природных и очищенных сточных вод титриметрическим методом. иКЬ: www.fcao.ru
5. ПНДФ 14.1:2:3:4.123-97. Методика выполнения измерений биохимической потребности в кислороде в поверхностных пресных, подземных (грунтовых), питьевых, сточных и очищенных сточных водах. ЦКЬ: www.fcao.ru
6. Удаление металлов из сточных вод. Нейтрализация и осаждение / под ред. Дж.К. Кушни. М.: Металлургия, 1987. 175 с.
7. Трахтенберг И.М. Тяжелые металлы во внешней среде. М., 1994. 365 с.
Поступила в редакцию 16 ноября 2012 г.
Alekhina O.V., Vervekina N.V., Dolgova N.P. CHEMICAL EVALUATION OF SEWAGE TREATMENT OF TAMBOV
The composition of waste water of treatment plants of JSC “TAS” Tambovvodokanal for May-June 2011 and February-May 2012 in terms of: COD, BOD, total iron, copper ions, zinc, cadmium, and nitrate ions is researched. The variation of the pollutants from the maximum to the minimum with exceed at the reset on some indicators are recorded.
Key words: analysis of water’s waste; pollutant.
3б9
