О некоторых недостатках в анализе сточных вод на фосфаты Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 628.316.12

Л. Ф. Галанцева, С. В. Фридланд О НЕКОТОРЫХ НЕДОСТАТКАХ В АНАЛИЗЕ СТОЧНЫХ ВОД НА ФОСФАТЫ

Ключевые слова: сточная вода, биологические очистные сооружения, очистка от фосфатов, беззольное вещество ила, молибдатный метод, фосфаты, ортофосфаты, фосфонаты, полифосфаты.

Анализ сточной воды, прошедшей биологическую очистку, показывает повышение концентрации фосфатов по сравнению с исходной водой. Можно было предположить, что в исходном потоке фосфор находится в соединениях, негидролизующихся до фосфатов, в связи с чем было решено изменить метод анализа исходной воды. Предварительное окисление и одновременное нагревание доказали обоснованность нашего предположения о недостатках используемой методики.

Keywords: sewage; biological clearing constructions; purification from phosphates; substance of slime without ash; molybdat method; phosphates; ortophosphates; phosphonates; poliphosphates;

The analysis of sewage system after the biological purification demonstrates an increasing of phosphates by comparision with the initial sewage conditions. It can be supposed that phosphorus in initial flow is in unhydralized before phosphate combination. In connection with that it was decided to change Analysis Methods of initial water. Preliminary oxidation and simultaneous heating are considered to be a hypothesis about deficiencies of the Method of Analysis of sewage on the phosphates.

Резко возросшая концентрация биогенных элементов в сточных водах, поступающих на очистные сооружения, привела к тому, что действующие технологии перестали справляться с очисткой от органических соединений [1]. В результате биологической очистки, ранее обеспечивавшей эффективность изъятия фосфора от 20 % до 40 % в аэротенках, работающих со средними нагрузками (200-500 мг БПК на 1 г беззольного вещества ила в сутки), содержание фосфатов в сточной воде на выходе из аэротенков не уменьшается, а чаще увеличивается и иногда достигает 30 % [2]. Отмеченные в литературе результаты анализов вызывают недоумение и требуют постановки исследований прежде всего в правомерности использования для анализов методики, изложенной в нормативном документе [3]. Обращает на себя внимание то, что принцип метода заключается в определении концентрации фосфат-ионов молибдатным методом в мягких условиях, неспособных разрушить сложные формы, где фосфор может находиться не только в виде фосфатов, но и фосфонатов, полифосфатов. На основании взаимодействия фосфатов в кислой среде с молибдатом аммония, в результате чего образуется фосфорно-молибденовая гетерополикислота, которая восстанавливается аскорбиновой кислотой в присутствии сурьмяно-виннокислого калия до фосфорномолибденового комплекса, окрашенного в голубой цвет при максимальном светопоглощении с длиной волны, равной 690 нм. Однако в поступающем водном стоке фосфор может находиться не только в виде фосфатов, но и негидролизуемых эфиров. Именно этот момент не учитывается в методике анализа, которая достоверно определит содержание фосфора лишь при предварительной обработке стоков реагентами, разрушающими связи:

I

Р - С - до Р - ОН I

В связи с вышеизложенным в настоящей работе воспользовались методом определения содержания фосфора в водном стоке, в основе которого лежит процесс активного окисления, что может привести к разрушению Р — С связи, то есть перевод фосфонатов в фосфат-анионы. Исследование было осуществлено на водном стоке с использованием методов анализа [3] и [4]. Метод анализа по методике [4] основан на окислении всех фосфорсодержащих соединений до ортофосфатов, которое протекает при кипячении пробы с персульфатом калия в кислой среде. При этом одновременно происходит разрушение полифосфатов [4]. В результате анализов на

содержание фосфора по первой и второй методике существенно отличаются. Оказалось, что концентрация фосфатов в сточной воде, поступающей на станцию очистки и определенная по методике [3] на 45 % ниже концентрации фосфатов, определенной по методике [4]. Результаты анализов на входе и выходе из аэротенка представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Анализ двух методик определения фосфатов в сточных водах

Этап очистки Фосфаты*, мг/л Фосфаты**, мг/л

На входе в очистные сооружения 9.9 14.32

На выходе из аэротенков 10.8 12.94

* "Методика выполнения измерения массовой концентрации фосфат-ионов в пробах природных и очищенных сточных вод фотометрическим методом восстановления аскорбиновой кислотой ПНД Ф

14.1 : 2.112-97".

* * «Фотометрическое определение в водах общего фосфора после окисления персульфатом РД. 52.24.39-87».

Представляет интерес проанализировать влияние некоторых факторов, которые могли бы способствовать трансформации сложных, неопределенных методом анализа [3] соединений в фосфаты. С этой целью в работе изучили температурный фактор и воздействие активных реагентов - кислот. Указанные факторы обработки предшествовали анализам, проведенным методом [3]. Работу осуществляли на реальном стоке в двух точках, а именно до поступления водного потока в аэротенок и после прохождения этапа биоочистки. Температурный режим был выбран произвольно - 44°С, нагрев проводили в течение 5 минут при перемешивании и при последующей выдержке для отстаивания от взвеси. Как свидетельствуют результаты исследований, относительно невысокий нагрев, предшествующий анализу, увеличивает концентрацию фосфатов в жидкой среде.

Таблица 2 - Сравнительный анализ очистки стоков от фосфатов в зависимости от температуры воды

Стадия очистки Ингре- диенты Без нагрева С нагревом до 44°

Снач Л,% Ск Л,%

До биоочистки рН 7.73 7.6

РО43", мг/л 8.78 9.4 - 7.06

После биоочистки рН 7.7 7.5

РО43", мг/л 9.09 3.53*** 10.02 - 10.23 - 14.12***

*** Эффективность от начальной концентрации, %.

Согласно литературным источникам органический фосфор в основном связан с твердыми частицами, а полифосфаты и ортофосфаты присутствуют в растворенном виде [5]. Но в таком случае, в ходе химического осаждения органический фосфор удаляется на стадии предосаждения и не может быть обнаружен при анализе сточной воды, прошедшей биологическую очистку. В результате бактериального воздействия допустимо лишь превращение полифосфатов в ортофосфаты [6]. Однако нами в ходе ранее проведенных исследований было установлено повышение концентрации фосфат-ионов в сточной воде, прошедшей биоочистку независимо от проведения предварительного осаждения фосфора [7].

Выбор такого восстановителя, как аскорбиновая кислота в методике [3] обоснован тем, что последняя дает более устойчивые и постоянные по составу продукты реакции [8]. Но слабый восстановитель не выявляет в условиях анализа поступающих на очистные сооружения стоков связанный фосфор, который освобождается при разрыве связей под действием окислительных процессов на этапе биологической очистки, что, в свою очередь, объясняет повышение концентрации фосфат-ионов в сточных водах на выходе из аэротенков. В соответствии с вышесказанным нами был проведен анализ поступающих стоков в условиях предварительного окисления и нагрева одновременно (табл. 3).

Таблица 3 - Определение фосфатов с предварительной обработкой пробы при анализе сточной воды на входе в очистные сооружения

Темпе- ратура Ингре- диенты Исходная вода С добавлением реагентов

ИЫ Оз И2ЭО4

Снач Ск ц,% Ск Ц,%о

19°С РН 8.5 1.55 2.2

РО43", мг/л 10.94 12.34 12.80 13.73 25.5*

44°С РН 8.34 1.51 2.21

РО43", мг/л 11.7 18.54 69.45* 14.04 28.34

*** Эффективность от начальной концентрации, %.

Из результатов исследований следует, что предварительная обработка сточной воды азотной кислотой в соотношении 5 см3 на 1 литр сточной воды максимально развязывает фосфат-ионы и показывает содержание фосфора в поступающих в очистные сооружения стоках выше на 56.65 % без нагрева и на 69.45 % при одновременном нагреве пробы.

Литература

1. Галанцева Л.Ф. Исследования очистки сточных вод г. Чистополя от фосфатов / Л.Ф. Галанцева, С.В. Фридланд // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010. - № 2. - С. 311 - 314

2. 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. - С. 110.

3. "Методика выполнения измерения массовой концентрации фосфат-ионов в пробах природных и очищенных сточных вод фотометрическим методом восстановления аскорбиновой кислотой ПНД Ф 14.1 : 2.112-97". ГУАК Госкомэкологии России. Москва. 1997 г.

4. «Фотометрическое определение в водах общего фосфора после окисления персульфатом РД. 52.24.39-87». Гидрохимический институт. Москва. 1987 г.

5. Клименко А.И. Удаление фосфора и процессы энергосбережения при химико-биологической очистке сточных вод / А. И. Клименко 114 - 118

6. Проектирование сооружений для очистки сточных вод / Всесоюзный комплексный научноисследовательский и конструкторско-технологический институт водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии. - М.: Стройиздат, 1990. - 192 с.: ил. -(Справочное пособие к СНиП)

7. Фридланд, С.В. Анализ применения известкового метода с целью доочистки сточных вод от фосфатов в БОС г. Чистополя с использованием промышленной и природной извести из карьера н.п. Утяково [Текст] / С.В. Фридланд, А.А. Нуруллин, Л.Ф. Галанцева // Наука и практика: Проблемы, Идеи, Инновации: Материалы IV международной научно-практической конференции. - Чистополь, ИНЭКА. - С. 382 - 383.

8. Лурье, ЮЮ. Аналитическая химия промышленных сточных вод / Ю.Ю. Лурье // М. Химия, 1984. - С. 448.

© Л. Ф. Галанцева - асп. каф. инженерной экологии КГТУ, [email protected]; С. В. Фридланд -д-р хим. наук, проф. той же кафедры.