CC BY
29
УДК 504.6:62/69
Jl.В. Мосталыгина, А.Г. Мосталыгин, Н.Ю. Коновальцева
Курганский государственный университет
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БЕНТОНИТОВОЙ ГЛИНЫ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ НЕГАТИВНОГО ВЛИЯНИЯ СТОЧНЫХ вод КУРГАНСКОЙ
ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛИ НА КАЧЕСТВО ВОДЫ РЕКИ ЧЕРНОЙ
Аннотация
Рассмотрено влияние сточной воды курганской теплоэлектроцентрали на качество воды малой реки Черной. Предложено использование бентонитовой глины Зырянского месторождения для доочист-ки сточной воды и очистки воды реки Черной.
Ключевые слова: антропогенное загрязнение, бентонитовая глина, малые реки, сточные воды.
L.V.Mostalygina, A.G. Mostalygin, N.Y. Konovattseva Kurgan State University
USE BENTONITE CLAY TO REDUCE THE NEGATIVE EFFECTS OF WASTEWATER KURGAN HEATING PLANT ON THE WATER QUALITY OF BLACK RIVER
Annotation
The influence of Kurgan Heating Plant's wastewater on the water quality of small Chernaya River has been considered. The usage of bentonite clay of Zyryansky deposits for purification of wastewater and Chernaya River's water treatment has been proposed.
Keywords: anthropogenic pollution, bentonite clay, small rivers, wastewater.
Введение
Критическая ситуация в настоящее время складывается со сбросом сточных вод в малые реки. Именно они в большей степени восприимчивы к антропогенному воздействию. Под влиянием деятельности человека малые реки преждевременно вступили в фазу старения. Наблюдается снижение водности, заиление русел, что способствует зарастанию и заболачиванию рек, наступает деградация, и малые реки исчезают. Среди загрязнителей воды наиболее опасны фенолы, нефтепродукты, ионы тяжелых металлов, радионуклиды, биогенная органика, насыщенная бактериями, минеральные удобрения и т.д. Последствия загрязнения отрицательно сказываются на живых организмах.
Первичные критические нарушения в функционировании живых организмов под действием загрязняющих веществ возникают на уровне биологических эффектов: после изменения химического состава клеток нарушаются процессы дыхания, роста и размножения организмов, возможны мутации и канцерогенез; нарушаются движение и ориентация в водной среде. Морфологические изменения нередко проявляются в виде разнообразных патологий внутренних органов: изменений размеров, развития уродливых форм. Особенно часто эти явления регистрируются при хроническом загрязнении. Все это отражается на состоянии отдельных популяций, на их взаимоотношениях.
Известно, что тепловые электрические станции могут сбрасывать в водоемы широкую гамму вредных веществ как органического, так и неорганического характера.
Объектом нашего исследования выбрана река Черная, являющаяся притоком реки Тобол и относящаяся к категории малых рек. Изучено влияние состава сточной воды Курганской теплоэлектроцентрали (КТЭЦ) на состояние воды малой реки Черной.
Предложены способы дополнительной очистки сточной воды с использованием бентонитовой глины Зырянского месторождения и разработаны конкретные мероприятия по очистке русла реки. Доочищенные сточные воды позволят улучшить качество воды реки.
1. Характерные стоки Курганской теплоэлектроцентрали и методы их очистки
КТЭЦ является источником следующих видов сточных вод:
1) воды охлаждения конденсаторов турбин, вызывающие тепловое загрязнение воды;
2) регенерационные и промывочные воды от во-доподготовительныхустановок и конденсатоочисток;
3) воды, загрязненные нефтепродуктами;
4) воды от обмывок наружных поверхностей котлов, работающих на сернистом мазуте;
5) отработавшие растворы после химической очистки теплового оборудования и его консервации;
6) воды систем гидрозолоудаления на КТЭЦ, работающих на твердом топливе;
7) воды от гидравлической уборки помещений трактатопливоподачи;
8) дождевые (ливневые) воды с территорий электростанций.
В настоящее время для очистки производственных сточных вод применяются самые разнообразные методы химической технологии, существенно различающиеся как по характеру используемых в них физико-химических процессов, так и по технологическому оформлению.
Различают четыре самостоятельные группы методов очистки сточных вод:
1. Механические методы (отстаивание, осветление, фильтрование);
2. Физико-химические методы (сорбция, коагуляция, ионный обмен);
3. Химические методы (нейтрализация, коагулирование);
4. Биохимические методы (аэробные и анаэробные).
В связи с острым дефицитом воды во многих регионах, повышением ее себестоимости ТЭЦ рассматривают возможность перехода на использование доочи-щенных сточных вод. При использовании доочищенных сточных вод на ТЭЦ необходимо изменить и усилить схемы водоподготовки, исходя из следующих технологических и санитарно-гигиенических требований:
- обеспечение безнакипного противокоррозионного режима, исключающего раскисление котловой воды и образование плотных углеродистых отложений на поверхностях нагрева, что вызывается некоторыми видами органических соединений производственного происхождения;
- обеспечение санитарно-гигиенической безопасности использования технологического пара и горячей воды в открытых производственных циклах и закрытых системах теплоснабжения.
При использовании бытовых сточных вод, не содержащих промышленных загрязнений, необходимо обеспечить надежность обеззараживания, которая даже в случае возникновения неорганизованного контакта гарантировала бы эпидемическую безопасность персонала и населения. Это достигается глубокой доочисткой, обеззараживанием и последующей термической обработкой в бойлерах и пиковых котлах, где происходит необратимая стерилизация воды.
Возникает необходимость ускорения и расширения научно-исследовательских работ в направлении использования доочищенных сточных вод в промышленной теплоэнергетике. Основное направление этих исследований должно включать разработку эффективных методов локальной очистки промышленных стоков от специфических загрязнений. Весьма эффективны могут быть сорбционные методы.
2. Характеристика водоприемника сточных вод - реки Черной
Река Черная является левым притоком реки Тобол, впадает в него ниже г. Кургана на 688 км от устья. Общая длина реки 42 км, площадь водосбора 359 км2. Ширина русла варьирует от 5 до 150 м, преобладающие глубины в омутах 0,6-1,2 м, максимальные - 2м..
В реку Черную на всем ее протяжении впадает 4 небольших притока, общей длиной 6,1 км. На площади водосбора 4 озера, общей площадью 15,4 км2.
Река Черная образуется от слияния реки Чернавки и двух ручьев без названий у села Введенское и характеризуется узкими, извилистыми участками, чередующимися с озеровидными и заболоченными расширениями. Болото Островское, в которое производится сброс сточных вод Курганской ТЭЦ является одним из таких заболоченных участков. Площадь болота 6,84 км2. Русло реки Черной в болоте неясно выражено, но проточность реки по болоту прослеживается к северу от золоотвала.
Река Черная относится к рекам с преимущественно снеговым питанием. Сток внутри года распределяется неравномерно, большая часть его (до 85-90 %) проходит в период весеннего половодья. Весеннее половодье на реке невысокое, распластанное, что
обусловлено влиянием озер. Летне-осенняя и зимняя межени низкие. Река не пересыхает. В летний и зимний период в силу быстрого течения до дна не промерзает
Полноводье реки отмечается чаще в третьей декаде апреля и совпадает со сроками нереста рыбы (щуки, окуня и др.). Ихтиоценоз реки Черной представлен видами рыб: щука, окунь, лещ, карась, плотва, язь, верховка, ерш и др. Рыбопродуктивность реки низкая 3-5 кг/га. Промысловой добычи нет. Однако на реке Черной достаточно широко развито любительское рыболовство. Река Черная является нерестовой рекой, в которую входят на нерест основные виды рыб из реки Тобол. В основном река Черная как приток выполняет функцию воспроизводственного участка реки Тобол. Согласно нормативным показателям состояния и правил таксации рыбохозяйственных водоемов водных объектов река Черная относится к водному объекту второй категории.
3. Влияние сточных вод на уровень загрязненности реки Черной
Основными промышленными источниками загрязнения воды реки Черной являются КТЭЦ, АКО «Синтез», ОАО «Курганмашзавод».
Река используется как приемник промышленных стоков предприятий г. Кургана, что оказывает огромное влияние на сток и качество воды р. Черной. Сброс сточных вод Курганской ТЭЦ производится в южной, непроточной части болота Островское. Контрольный створ водовыпуска КТЭЦ расположен в 0,2 км выше автодорожного моста, у Карчевской рощи. В 200 м юго-восточнее водовыпуска производится сброс сточных вод АКО «Синтез». Слияние сбросов и попадание их в реку Черную происходит под действием уклона местности к северу от водовыпусков. Далее, ниже по течению, в реку Черную осуществляется сброс Кур-ганмашзавода.
Помимо промышленных стоков в воду реки Черной попадают минеральные удобрения, ядохимикаты с полей, которые используются в сельском хозяйстве. Перечисленные вещества обладают выраженной активностью в отношении микрофлоры водоема и его обитателей.
Одним из показателей интенсивного загрязнения реки Черной является бурное цветение в летний период. Причиной цветения (позеленения) воды являются мельчайшие водоросли, размножающиеся в огромных количествах за счет высокого содержания в воде таких продуктов загрязнения, как соединения азота и фосфора, являющихся для них питательной средой. Основной источник поступления таких веществ в воду - вымывание их с прибрежных полей метеорологическими водами. Под влиянием водорослей изменяется вкус воды, приобретается неприятный запах. В водоеме при отмирании водорослей развиваются гнилостные процессы. Бактерии, окисляющие органические вещества водорослей, потребляют кислород, создавая тем самым его дефицит в водоеме. Вода начинает гнить, испускать аммиачное и метановое зловоние, на дне скапливаются черные липкие сероводородные
отложения. В процессе разложения отмирающие водоросли выделяют также фенол, индол и другие ядовитые вещества. От недостатка кислорода, пищи и убежищ гибнет рыба. Вода в таких водоемах становится непригодна для питья, и даже купания.
Содержание стойких пестицидов в воде пока еще невысоко. Однако даже такие низкие концентрации опасны, из-за способности многих растений и животных накапливать эти вещества в своих тканях. Значительное количество загрязнений сбрасывается в реку Черную с коммунально-бытовыми стоками города. Весьма опасная разновидность загрязнений, свойственных стокам городов, - детергенты, или синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые употребляются в промышленности и быту как моющие средства и эмульгаторы; они относятся к числу основных химических веществ, загрязняющих поверхностные воды. Присутствие детергентов резко ухудшает органолептические свойства воды. Наличие в воде ПАВ снижает ее способность насыщаться кислородом. Присутствие в реке Черной ПАВ изменяет химический состав воды и естественный ход протекающих в них химических и биохимических процессов, угнетающе действует на биоценозы водной среды, вызывает гибель многих гидробионтов. Фосфорсодержащие детергенты способствуют развитию процесса эвтрофикации. ПАВ замедляют деятельность микроорганизмов, разрушающих органические вещества, при этом они плохо поддаются биохимическому разложению в водоеме: за три недели концентрация ПАВ снижается на 20-50 %, затем их разложение идет еще более медленными темпами, и через 6 месяцев в воде еще остается 20-45% от исходного количества.
Сбросы промышленных сточных вод в огромной степени исказили гидрологический режим р. Чёрной, ухудшили качество воды, отрицательно повлияли на естественное самоочищение водоема.
4. Результаты эксперимента и их обсуждение
Объектом нашего исследования является река Черная и сточные воды предприятия КТЭЦ. Отбор пробы сточной воды осуществлялся из коллектора перед спуском в реку Черную. Пробы воды отбирали в стеклянные или полиэтиленовые бутыли, предварительно ополоснутые отбираемой водой. Объем отбираемой пробы должен быть не менее 500 см3. Пробы анализируют в день отбора или консервируют. Для определения всех компонентов в воде использованы стандартные методики.
Нами проведена оценка фоновых концентраций загрязняющих веществ в воде р. Черной дана для створа, расположенного на входе в болото Островское, в 2 км к юго-востоку от деревни Зайково, еще до сбросов сточной воды КТЭЦ. Для расчета фоновых концентраций загрязняющих веществ использованы результаты анализов, проведенных специалистами химической лаборатории Курганской ТЭЦ. Расчет фоновых концентраций произведен сотрудниками Центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Курганской области.
Таблица 1
Фоновое состояние р.Черной до сброса сточной воды КТЭЦ
Наименование вещества Фоно вая концентрация, мг/дм3 ПДК з мг/дм3 Превышение концентрации загрязняющих веществ в долях ПДК рыбохозяй-ственного назначения
Взвешен ные в-ва 15,3 7,5 2,04
БПК5 2,76 2,0 1,38
Нефтепродукты 0,2 0,05 4
Сухой остаток 703 1000 норма
Хлориды 121 300 норма
Фосфаты 0,15 0,2 норма
Фтор 0,66 0,75 норма
Азот аммония 0,67 0,4 1,65
Сульфаты 140 100 1,4
Железо 0,42 0,1 4,2
Мышьяк 0,023 0,05 норма
Медь 0,011 0,001 11
Анализ фонового состояния реки Черной показывает значительную степень загрязнения воды, еще до осуществления сбросов КТЭЦ. Превышение концентрации загрязняющих веществ по сравнению с ПДК для рыбохозяйственных водоемов составляет: по сульфатам - 1,4 раза; БПК5 - 1,38 раза; нефтепродуктам - 4 раза; азоту аммонийному - 1,7 раза; меди - 11 раз; железу - 4,2 раза; взвешенным веществам - 2 раза.
В результате проведенного нами исследования было обнаружено, что в составе сточной воды КТЭЦ присутствуют основные загрязняющие вещества: медь, железо, сульфаты, нефтепродукты. Специфическими загрязняющими веществами, которые образуются в результате производственной деятельности КТЭЦ, являются фтор и мышьяк. Концентрации загрязняющих веществ сточной воды в сравнении с концентрациями ингредиентов выше и ниже сброса в реке Черной приведены в табл. 2.
После сброса сточной воды КТЭЦ в реке Черной произошли изменения:
- понизилось содержание аммонийного азота до ПДК;
- содержание мышьяка, фтора, растворенного кислорода, сухого остатка, рН, ХПК не повысилось и будет также в пределах ПДК;
- по железу при достижении допустимой концентрации качество воды в контрольном створе р.Черной хотя и улучшится, но ПДК для водоемов рыбохозяй-ственного значения достигнуто не будет из-за высокого фонового содержания железа в воде реки Черной;
- содержание меди, сульфатов, взвешенных веществ, нефтепродуктов, БПК останется завышенным, как и до сброса;
- по хлоридам и фосфатам качество воды ухудшится, хотя в контрольном створе (кратность разбавления 1,6 раза) концентрация будет в пределах ПДК.
Проведённые исследования показали, что самоочищение реки Чёрной не происходит, так как стоки загрязнённых вод в реку достаточно велики, а секундный расход воды в реке, видимо, не достаточен. Это может привести к обмелению, заболачиванию и даже к исчезновению реки.
Поэтому важным этапом является разработка конкретных мероприятий:
- по дополнительной очистке сточной воды;
- по очистке русла реки.
Наиболее предпочтительным в условиях на-
Сравнительные данные по качеству
шего города представляется способ очистки, связанный с использованием бентонитовых глин Зырянского месторождения. Нами рассмотрена возможность применения бентонитовой глины Зырянского месторождения для очистки сточной воды ТЭЦ от экологически опасных ионов методом сорбции. Концентрация глины для всех экспериментов составляла 5 г/дм3, сравнивали концентрации ряда веществ до и после очистки бетонитовой глиной. Данные по эффективности очистки представлены в табл.3.
Таблица 2
сточной воды КТЭЦ и воды реки Черной
Концентрации ингредиентов, мг/дм3 Превышение
Наименование загрязняющего вещества
Река Черная выше сброса Сточные воды на выпуске КТЭЦ Река Черная, ниже сброса ПДК концентрации в долях ПДК рыбохозяйственного значения
Взвешенные 15,3 11,5 13 7,5 1,73
Сухой остаток 703 805 730 1000 норма
БПКполн 2,76 3,9 3,0 2,0 1,5
ХПК 26 22 25 30 норма
Растворенный 11 9,7 10 Не ниже 4,0 норма
кислород
рН 7,8 8,5 8,0 6,5-8,5 норма
Азот аммония 0,67 0,17 0,35 0,4 норма
Железо 0,42 0,066 0,24 0,1 0,24
Медь 0,011 0,012 0,012 0,001 12
Мышьяк 0,023 0,012 0,018 0,05 норма
Фтор 0,66 0,7 0,68 0,75 норма
Фосфаты 0,15 0,24 0,2 0,2 норма
Хлориды 121 390 260 300 норма
Сульфаты 140 169 150 100 1,5
Нефтепродукты 0,2 0,2 0,2 0,05 4,0
Таблица 3
Сравнительные данные по качеству сточной воды до и после очистки глиной
Наименование загрязняющего вещества ПДК, з мг/дм Качество сточной воды до контакта с глиной, мг/дм3 Качество воды после очистки бентонитовой глиной, мг/дм3 Превышение концентрации в долях ПДК рыбохозяйствен ного значения
Взвешенные вещества 7,5 11,5 7,5 Норма
Сухой остато к 1000 805 710 Норма
БПКполн 2,0 3,9 2,0 Норма
ХПК 30 22 15 Норма
Растворенный кислород Не ниже 4,0 -6,0 9,7 9 Норма
рН 6,5-8,5 8,5 8,2 Норма
Азот аммония 0,28 0,17 0,17 Норма
Железо 0,1 0,066 0,022 Норма
Медь 0,001 0,012 0,001 Норма
Мышьяк 0,05 0,012 0,01 Норма
Фтор 0,75 0,7 0,7 Норма
Фосфаты 0,2 0,24 0,2 Норма
Хлориды 300 390 290 Норма
Сульфаты 179 169 169 Норма
Нефтепродукты 0,05 0,2 0,05 Норма
В результате использования глины в качестве природного сорбента при очистке сточных вод предприятия КТЭЦ содержание ионов меди, взвешенных веществ, хлоридов, фосфатов, нефтепродуктов, БПК снизилось до предельно допустимой концентрации, а в некоторых случаях произошло улучшение показателей ПДК, а именно по железу, мышьяку, ХПК.
На основании полученных результатов можно сделать вывод о достаточно высокой степени очистки сточной воды КТЭЦ бентонитовой глиной Зырянского месторождения.
По очистке русла реки нами предложены три варианта :
1. Обваловка берегов реки Черной в месте нахождения частного сектора поселка Рябково (протяженностью 2 км), при этом расход глины составит 2000 м3, масса необходимого количества глины составит (при р=1,88 т/м3) составит 3760 тонн и при стоимости глины 300руб/т расход на глину составит 1128000 рублей.
2. Подстилка из бентонита русла реки слоем 10 см, протяженностью 2 км в районе частного сектора, при этом расход, связанный с использованием бентонитовых глин составит (при толщине слоя 10 см, ширине 50 см и протяженностью 2 км количество глины составит 188 т) 56400 рублей.
3. Строительство двух дамб, первая - после стока КМЗ, вторая - перед впадением в реку Тобол.
На наш взгляд, третий вариант наиболее приемлем.
Список литературы
1. Акимова Т.А., Кузьмин А.П., Хаскин В.В. Экология. - М.:
Юнити, 2001. -С. 144-149.
2. Залогин Н.Г., Кропп Л.И., Кострикин Ю.М. Энергетика и
охрана окружающей среды. - М.: Энергия, 1989. -С.35-58.
3. Лубочников А. Т. Очистка сточных вод сорбционным
методом. - С.:УПИ, 1984. - С.29-31.
4. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных
сточных вод. - М.:Химия, 1984. - 422 с.
5. Методика химических анализов производственных
сточных вод. - М.: Министерство электротехнической промышленности, 1986. - 65 с. 6 Моисеенко Т.И. Изменение стратегии жизненного цикла рыб под воздействием хронического загрязнения вод // Экология. - 2002. - №1. -С.50-53.
7. Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Лозановская И.Н. Экология
и охрана биосферы при химическом загрязнении. - М.: Высшая школа, 2002. - 334 с.
8. Перечень рыбохозяйственных нормативов: ПДК и ПДУ
воздействия вредных веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение. - М.: ВНИРО, 1999. - 12 с.
9. Покровский В.Н., Аракчеев Е.П. Очистка сточных вод
электростанций.- М.: Энергия, 1980. - 237 с.
