CC BY
77
УДК 658.38
ХПК И бпк5 водных растворов ингибиторов коррозии СЕРИИ АМДОР ИК
© В.И. Вигдорович, А.Г. Шубина, И.Е. Перепелкина
Vigdorovich V.I., Shubina A.G., Perepelkina I.E. Chemical and biochemical consumption of oxygen by water solutions of corrosion inhibitors (series AMDOR IK). The article considers generalised parameters of water quality, i.e. chemical and biochemical consumption of oxygen following the introduction of inhibiting solutions (AMDOR IK) and its components.
ВВЕДЕНИЕ
Борьба с коррозией металлов, в том числе разработка и применение ингибирующих составов, позволяет решить ряд проблем, к числу которых можно отнести снижение негативного антропогенного воздействия на окружающую среду. Защита металлоконструкций и металлоизделий от коррозионного разрушения позволяет не только продлить срок их эксплуатации, но и уменьшить риск техногенных катастроф, снизить загрязнение окружающей среды продуктами коррозионного распада. Однако нельзя исключить возможность попадания ингибиторов коррозии и их составляющих как в атмосферу и почву, так и в воды различных категорий водопользования. Поэтому целью наших исследований явилась оценка обобщенных показателей качества воды (химическое (ХПК) и биохимическое (БПК5) потребление кислорода) при введении в нее ингибиторов коррозии серии АМДОР ИК, поскольку они для рассматриваемых композиций не известны, хотя и представляют их важную экологическую характеристику.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объекты исследования - водные растворы ингибиторов сероводородной и углекислотной коррозии АМДОР ИК-1, АМДОР ИК-2 и АМДОР ИК-3 и компонентов, входящих в их состав. Рассматриваемые ингибиторы серии АМДОР ИК состоят из 20 мас. % активной формы и 80 мас. % растворителя сложного состава (табл. 1).
Активная форма представлена смесью полиами-ноамидов с полиаминоимидазолинами:
Таблица 1
Состав исследуемых композиций
0 к о о н е 1 мас. %
Ингибитор активная форма не- онол керо- син мета- нол толуол
АМДОР ИК-1 5 - 75 -
АМДОР ИК-2 20 5 7 - 68
АМДОР ИК-3 5 - 55 20
СтН2т+іСомн—(си—си—:шщ СН2 — сн2
N N — (СН2 — СН2 — :мн)и. 1Н + н2о,
'Ч/
С СтН2т+1
п = 3-6, т = 15-17.
Концентрация ингибиторов в водных растворах составила 80, 40, 20 и 10 мг/л. Экспериментально определяли также ХПК и БПК5 растворов активной формы (С = 20, 10, 5 и 2,5 мг/л), метанола (С(СН3ОН) = 10, 5, 2,5 и 1,25 ммоль/л), неонола, толуола и керосина (С = Н, Н:2, Н:4, Н:8, где Н - концентрация насыщения).
Определение ХПК велось в соответствии с РД 52.24.421-95 [1], БПК5 - в соответствии с РД 52.24.420-95 [2].
Результаты анализов на ХПК и БПК5 водных растворов рассматриваемых ингибиторов и их составляющих оценивали с учетом предельно-допустимой концентрации (ПДК) для коммунально-бытовых вод [3]: ПДК(ХПК) = 30 мгО2/л, ПДК(БПК5) = 6 мгО2/л.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Оценивалась дихроматная окисляемость ингибиторов АМДОР ИК, под которой понималось количество кислорода, эквивалентное количеству расходуемого окислителя (К2Сг207) на окисление исследуемых составов. Согласно [1], при кипячении в 50 %-ной по объему серной кислоте, дихромат калия окисляет большинство органических и некоторых неорганических веществ. Для большей полноты окисления вводили в качестве катализатора сульфат серебра.
Результаты анализов, проведенных на ХПК водных растворов АМДОР ИК-1, АМДОР ИК-2 и АМДОР ИК-3 в исследуемом концентрационном интервале, представлены на рис. 1. Для водных растворов рассматриваемых составов характерно увеличение ХПК с ростом их концентрации. Во всех системах наблюдается значительное превышение ПДК(ХПК) для коммунально-
ХПК, мгО2/л 270 -,
180 -
, мг/л:
ХПК, мгО2/л
90 -
АМДОР
ИК-1
АМДОР
ИК-2
АМДОР
ИК-3
Рис. 1. Зависимость ХПК растворами ингибиторов серии АМДОР ИК от концентрации и природы состава
бытовых вод. Разбавление растворов до САМдОР ик = = 10 мг/л ведет к снижению ХПК, однако его значение по-прежнему не соответствует нормативному показателю.
Растворы активной формы, являющейся обязательной составной частью исследуемых ингибиторов, характеризуются некоторым уменьшением химического потребления кислорода по сравнению с АМДОР ИК-1, АМДОР ИК-2 и АМДОР ИК-3, но ПДК(ХПК) остается превышенной (табл. 2).
В состав товарных форм АМДОР ИК входят, кроме активного начала, компоненты растворителя. Так, метанол - одна из составляющих АМДОР ИК-1 и АМДОР ИК-3 (таблица 1). Индивидуальный СН3ОН -сильный яд, ПДКв(СН3ОН) = 3 мг/л [4]. ХПК метанола уменьшается с разбавлением раствора, но в изученном концентрационном интервале
ХПК(СН3ОН) > ПДК(ХПК).
Таблица 2
ХПК и БПК5 растворами, содержащими компоненты АМДОР ИК
Компонент Концентрация компонента ХПК, мгО2/л бпк5, мгО2/л
активная форма 20 мг/л 105 18
10 мг/л 87 15
5 мг/л 60 11
2,5 мг/л 32 7
метанол 10 ммоль/л 111 25
5 ммоль/л 63 23
2,5 ммоль/л 84 19
1,25 ммоль/л 48 9
неонол Н 106 37
Н:2 90 35
Н:4 72 27
Н:8 39 14
толуол Н 138 22
Н:2 101 15
Н:4 90 10
Н:8 62 7
керосин Н 148 50
Н:2 109 24
Н:4 88 22
Н:8 44 7
Рис. 2. ХПК растворами АМДОР ИК-1 и его составляющих: 1 - АМДОР ИК-1 (С = 80 мг/л); 2 - алтивная форма (С = = 20 мг/л); 3 - неонол (концентрация насыщлния); 4 - метанол (С = 10 ммоль/л)
Неонол, толуол и керосин, также используемые для получения готовой формы компоненты растворителя сложного состава, плохо растворимы в воде. Поэтому нами получено ХПК их насыщенных растворов (табл. 2). Как в случае неонола, так и в случае для толуола и керосина отмечается превышение ПДК(ХПК) во всем рассмотренном интервале разведений их насыщенных растворов.
На рис. 2 приведены значения ХПК растворов АМДОР ИК-1 и его составляющих. Видно, что на окисление товарной формы ингибирующего состава расходуется больше кислорода, эквивалентного количеству расходуемого окислителя, чем на аналогичный процесс в случае компонентов, составляющих рассматриваемый ингибитор. Для АМДОР ИК-2 и АМДОР ИК-3 качественно картина остается прежней.
При сравнении величин ХПК, полученных для исследуемых ингибиторов, наблюдается ряд:
ХПК(АМДОР ИК-1) > ХПК(АМДОР ИК-3) >
> ХПК(АМДОР ИК-2), (1)
действительный для САМдОр ИК = 80, 40 и 20 мг/л.
При СдмдоР ИК = 10 мг/л ряд (1) трансформируется к виду
ХПК(АМДОР ИК-3) > ХПК(АМДОР ИК-1) >
> ХПК(АМДОР ИК-2). (2)
Наряду с химическим потреблением кислорода БПК5 является одной из основных характеристик окис-ляемости компонентов вод различного назначения. Экспериментально полученные значения БПК5 водных растворов рассматриваемых ингибиторов представлены на рис. 3. В этих системах наблюдается уменьшение величины биохимического потребления кислорода с разбавлением растворов. Однако во всех случаях имеет место превышение ПДК(БПК5) для коммунальнобытовых вод. Как и в случае ХПК, АМДОР ИК-1 обладает наибольшими значениями БПК5 по сравнению с таковыми для АМДОР ИК-2 и АМДОР ИК-3. По БПК5 реализуется ряд:
БПК5(АМДОР ИК-1) > БПК5(АМДОР ИК-3) > >БПК5(АМДОР ИК-2). (3)
Неравенство (3) выполняется для всего изученного интервала содержания ингибиторов.
С
0
БПК5, мгО2/л 40 -і
30 -
20
10 -
■ - 80;
□ - 40;
□ - 20;
□ - 10.
ПДК(БПК5)
АМДОР АМДОР АМДОР
ИК-1
ИК-2
ИК-3
Рис. 3. Зависимбсть БПК5 от комцемтоации и природы ингибитора
БПК5, МГО2/Л 40
30 -20 -10 0
ПДК(БПК5)
Рис. 4. В1Ж5 растворами АМДОР ИК-1 и его составляющих: 1 - АМДОР ИК-1 (С = 80 мг/л); 2 - активная форма (С = = 20 мг/л); 3- неонол (концентрация насыщения); 4 - метанол (С = 10 ммоль/л)
В таблице 2 представлена величина БПК5 как функция концентрации активной формы: с уменьшением содержания активной формы в растворе биохимическое потребление кислорода убывает, но отсутствует соответствие с ПДК(БПК5). Аналогичная зависимость наблюдается для растворов метанола, толуола, неонола и керосина (табл. 2).
Из сравнения величин БПК5, полученных для ингибиторов и их компонентов, следует, что ожидаемое неравенство БПК5(ингибирующий состав) > БПК5 (компонент состава) экспериментально подтверждается только в случае АМДОР ИК-1 (табл. 2 и рис. 3-4). Вероятно, это обусловлено низкой способностью микрофлоры к разложению органических соединений, совместно присутствующих в составе АМДОР ИК-2 и АМДОР ИК-3.
Принципиальную возможность биохимического окисления вещества можно установить по некоторому эффективному показателю А (А = БПК/ХПК [5]): если А > 0,5 - соединения поддаются биохимическому окислению. При оценке значения А в данной работе использовалось БПК5, т. е. определялась величина, характеризующая возможность биохимического окисления содержащихся в воде органических веществ в течение 5 суток (табл. 3).
Из результатов, представленных в таблице 3, следует, что исследуемые ингибиторы, присутствуя в растворе в концентрации 80...10 мг/л, практически не поддаются биохимическому окислению (А < 0,5). Вместе с тем, отмечается определенная тенденция к росту показателя А с разбавлением раствора.
Таблица 3
Величина А растворов ингибиторов коррозии серии АМДОР ИК
Ингибитор Сингибитоор, мг/л А
80 0,15
АМДОР ИК-1 40 0,20
10 0,31
80 0,23
АМДОР ИК-2 40 0,26
10 0,19
80 0,14
АМДОР ИК-3 40 0,18
10 0,22
Таблица 4
Коэффициенты разведения по ХПК (К!) и БПК5 (К2) для доведения растворов ингибиторов коррозии серии АМДОР ИК до нормативно чистых
Ингибитор С, мг/л К1 К
80 8,3 6,3
АМДОР ИК-1 40 5,1 5,1
20 2,7 4,0
10 1,4 2,2
80 5,4 6,2
АМДОР ИК-2 40 3,1 4,4
20 2,4 1,8
10 1,4 1,3
80 6,4 4,6
АМДОР ИК-3 40 4,8 4,4
20 2,6 3,2
10 1,8 1,9
Так как полученные экспериментально значения ХПК и БПК5 ингибирующих составов превышают соответствующие ПДК для коммунально-бытовых вод, были рассчитаны коэффициенты разведения изученных растворов для доведения ХПК и БПК5 до нормативных требований (табл. 4).
ЛИТЕРАТУРА
1. РД 52.24.421-95. Методические указания. Определение химического потребления кислорода в водах. Ростов-н/Д, 1995. 10 с.
2. РД 52.24.420-95. Методические указания. Определение в водах биохимического потребления кислорода скляночным методом. Ростов-н/Д, 1995. 14 с.
3. Вигдорович В.И., Дружинина Е.В. // Проблемы химии и химической технологии: Матер. докл. Х межрегион. науч.-техн. конф. Тамбов, 2003. С. 121-124.
4. Вигдорович В.И., Цыганкова Л.Е. Экология. Химические. аспекты и проблемы. Ч. 2. Тамбов: Изд-во ТГУ им. Г.Р. Державина, 1995. 220 с.
5. Вигдорович В.И., Цыганкова Л.Е. Экология. Химические аспекты и проблемы. Ч. 1. Тамбов: Изд-во ТГУ им. Г.Р. Державина, 1994. 148 с.
Поступила в редакцию 9 июня 2004 г.
0
1
2
3
4
