Оценка и устранение токсичности нефтесодержащих сточных вод

ПРОМЫШЛЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ И ЭКОЛОГИЯ

УДК 544.723

Д. Д. Фазуллин, Г. В. Маврин, И. Г. Шайхиев

ОЦЕНКА И УСТРАНЕНИЕ ТОКСИЧНОСТИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД

Ключевые слова: эмульсия, сорбция, композиционный сорбент, коалесценция, мембраны, сточная вода.

Экспериментально с использованием метода биотестирования подтверждена высокая токсичность сточных вод, содержащих нефтепродукты. Предложена многоступенчатая технологическая схема очистки от НП, взвешенных веществ, ПАВ и ионов ТМ. Определена токсичность сточных вод после каждой степени очистки. После очистки СВСНП по предложенной схеме, токсичность СВ уменьшилась в 880 раз. Сделан обоснованный вывод, что мембранные методы очистки уменьшают токсичность СВСНП. Очищенную воду можно использовать в технологических нуждах предприятия или же сбрасывать в поверхностные воды после биологических очистных сооружений.

Keywords: emulsion, sorption, the sorbent composition, coalescence, membrane wastewater.

Experimentally using bioassay method confirmed the high toxicity of waste water containing mineral oil. A multistage technological scheme of sewage treatment. To determine the toxicity of waste water after each degree ofpurification. After cleaning SVSNP on the proposed scheme, the toxicity of CB decreased 880 times. It is reasonable to conclude that the membrane cleaning methods reduce toxicity SVSNP. The purified water can be used for technological needs of the enterprise or discharge into surface water after the biological treatment facilities.

Из перечня вредных веществ, загрязняющих природные водоемы, распространенными являются нефтепродукты (НП), которые, поступая в составе сточных вод на природный водоем, вовлекаются в цепь разнообразных превращений и миграционных процессов под влиянием различных факторов.

Попадание сточных вод, содержащих нефтепродукты (СВСНП), в водную среду вызывает изменение физических, химических и биологических свойств и характеристик природной среды обитания, нарушает ход естественных биологических процессов. В ходе трансформации НП могут образовываться стойкие к микробиологическому расщеплению еще более токсичные соединения, обладающие

канцерогенными и мутагенными свойствами.

Экосистема загрязняется экологически опасными компонентами: полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ); полидифенилами, в основном полихлордифенилами (ПХД) антропогенного происхождения; серо- и хлорсодержащими присадками; биоцидами; органическими соединениями металлов (свинца, бария, сурьмы, цинка). Все они распространяются в атмосфере, воде, почве, попадают в пищевые цепи и продукты питания. Кроме того, углеводороды нефтяных и синтетических масел, имея невысокую (10-30 %) степень биоразлагаемости и накапливаясь в окружающей среде, могут вызвать сдвиг экологического равновесия (усиленное размножение и/или мутацию микроорганизмов, усваивающих НП) [1].

Доля СВСНП на крупных промышленных предприятиях составляет до 70 % общезаводского стока. Нефтесодержащие СВ, поступающие с низкой степенью очистки в водоемы, создают токсикологическую опасность для водных экосистем и человека. Поступление на

биологическую очистку некачественно очищенных стоков приводит к гибели микрофлоры и, в дальнейшем, к загрязнению водных объектов.

Также, серьезную опасность для окружающей среды представляет просачивание СВСНП в грунт и попадание в поверхностные грунтовые воды при проливах и утечках. В почве образуются так называемые масляные линзы, из которых масло со скоростью 10,2-10,5 м/сек распространяется в ширину и вглубь, контактирует с грунтовыми водами и мигрирует с ними [1].

Одним из объектов СВСНП являются отработанные смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), имеющие высокую токсичность для биоценоза активного ила при биологической очистке названных стоков, в частности. На действующих производствах отработанные СОЖ разбавляются технической водой в тысячекратном соотношении, что невыгодно с экономической точки зрения. Последнее обстоятельство диктует необходимость внедрения в промышленное производство локальных установок для очистки вышеназванных стоков.

В связи с вышеизложенным, ранее для устранения токсичности водомасляных эмульсий предложена комплексная технология очистки СВСНП от НП и ионов тяжелых металлов (ИТМ), схема которой приведена на рисунке 1 [2]. Технология включает следующие основные стадии:

1) отделение свободных нефтепродуктов, осаждение взвешенных веществ на установке коалесцентной очистки;

2) сорбция растворенных нефтепродуктов на композиционном угольном сорбенте;

3) выделение и концентрирование нефтепродуктов, ПАВ, жиров на ультрафильтрационном мембранном модуле;

СВСНП

t-----1

нефтепродукты

концентрат

НФ

ИМ

очищенная вода

Рис. 1 - Технологическая схема установки очистки СВСНП: УК — установка коалесцентной очистки; УКС — угольный композиционный сорбент; УФ — ультрафильтрационный мембранный модуль; НФ — нанофильтрационный мембранный модуль; ИМ — ионообменная мембрана

4) удаление солей на нанофильтрационном мембранном модуле, укомплектованном рулонными мембранными элементами;

5) доочистка воды от ионов тяжелых металлов

на ионообменных мембранах.

В настоящей работе оценивалась токсичность сточной жидкости после каждой стадии очистки. В качестве объекта исследования использовались исходная и отработанные СОЖ марки «Инкам-1».

Изучение токсичности исследуемых СВ с использованием тест-объекта Daphnia Magna Straus проводилось согласно требованиям ПНД ФТ 14:1:3:4:4.5 «Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний».

Острое токсическое действие растворов отдельных химических веществ, исследуемой воды или водной вытяжки из почв, осадков сточных вод и отходов на дафниях определяется по их смертности (летальности) за определенный период экспозиции. Критерием острой токсичности служит гибель 50 % и более дафний за 96 часов в исследуемой воде при условии, что в контрольном эксперименте гибель не превышает 10 %.

В краткосрочных экспериментах по определению острого токсического действия устанавливают:

- острую токсичность или среднюю летальную концентрацию отдельных веществ (кратность разбавления вод или водной вытяжки из почв, осадков СВ и отходов, содержащих смеси веществ), вызывающую гибель 50 % и более тест-организмов (ЛК50-96, ЛКР50-96);

- безвредную (не вызывающую эффекта острой токсичности) концентрацию отдельных веществ (кратность разбавления вод или водной вытяжки из почв, осадков СВ и отходов, содержащих смеси веществ), вызывающую гибель не более 10 % тест-организмов (БК]0-96, БКР]0-96) [3].

В работе [4] показаны результаты биотестирования и токсического воздействия различных видов отработавших СОЖ с использованием биологических тест-объектов. Основным объектом исследований являлись отработанные СОЖ, образующиеся на ОАО

«АВТОВАЗ». В качестве объекта мониторинга были взяты наиболее распространенные марки СОЖ: «ВЕЛС-1М», «АВТОКАТ Ф-78», «АВТОКАТ Ф-40». По результатам мониторинга токсикологического воздействия СОЖ методами биотестирования БКР составила для СОЖ марки «ВЕЛС-1М» 636 раз, для СОЖ марки «АВТОКАТ Ф-78» - 258 раз и для СОЖ марки «АВТОКАТ Ф-40» - 329 раз.

Как показали исследования, исходная эмульсия марки «Инкам-1» имеет более высокую токсичность (БКР = 715).

В соответствии с критериями приказа № 511 МПР России от 15 июня 2001 г. «Об утверждении критериев отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды» [5] проба 3% эмульсии «Инкам-1» относится к III (третьему) классу опасности.

В результате эксплуатация СОЖ загрязняются ионами тяжелых металлов, нефтепродуктами из гидросистем станков. Так же отработанная эмульсия подвержена биопоражению, с образованием более токсичных органических веществ. Так по результатам биотестирования у 3% эмульсии марки «Инкам-1» безвредная кратность разбавления (БКР10-48) равна 715, а у отработанной эмульсии, которая, поступает на очистные сооружения в виде СВСНП, больше 2 раза и равна 1523 (см. таблицу 1.).

Результаты токсичности СВСНП после очистки по предложенной технологической схеме представлены в таблице 2.

Как видно из данных таблицы 1, исходная проба СВСНП токсична, безвредная кратность разбавления которой равна 1532 раз. По предложенной технологической схеме первая ступень очистки коалесцентная установка. В результате удаления свободных НП и взвешенных веществ токсичность уменьшилась до БКР = 1509.

Во второй ступени очистки происходит удаление эмульгированных НП, взвешенных веществ, органических загрязнителей [6,7]. После очистки БКР снизился до 916.

Очистка от эмульгированных, растворенных НП, жиров, органических загрязнителей происходит третей ступени методом ультрафильтрации с рулонными мембранными элементами. Размер пор

от 0,1 мкм до 0,01 мкм мембраны позволяет задерживать органические загрязняющие вещества размером молекул от 50-500 КДа. Токсичность СВ после очистки уменьшилась 5 раз до БКР=161.

Таблица 1 - Результаты токсичности СВСНП после очистки

№ п/п Тестируемая проба Тест-объект АТ Оценка тестируемой пробы Класс опасност и

Оказывает

острое

1 СВСНП токсическое действие БКР10-48= 1523 II

Оказывает

После острое

2 коалесцент ной установки токсическое действие БКР10-48= 1509 II

Оказывает

После I острое

3 сорбента со токсическое III

УС-20 & 48 ч. действие

S ¡3 БКРЮ-48=916

Оказывает

После 15 -С острое

4 ультрафиль трации Q токсическое действие БКРЮ-48=161 III

Оказывает

После острое

5 нанофильтр ации токсическое действие БКРЮ-48=9,41 IV

6 После ионообмен ной мембраны нейлон-ПАНИ Оказывает острое токсическое действие БКРЮ-48=1,72 IV

Для удаления низкомолекулярных веществ использовали рулонную мембрану нанофильтрации, которая задерживает растворенные соли. Токсичность после нанофильтрации СВ уменьшилась в 17 раз и составила БКР = 9,41.

После последней ступени очистки -ионообменной мембраны нейлон-ПАНИ, токсичность уменьшилась до значения БКР=1,72.

Степень очистки ионообменной мембраны от ионов ТМ составляет 90-97 % [8].

Таким образом, после очистки СВСНП по предложенной схеме, токсичность СВ уменьшилась в 880 раз. Очищенную воду можно использовать в технологических нуждах предприятия или же сбрасывать в поверхностное воды после биологических очистных сооружений.

Вывод. Воздействие СВСНП на окружающую среду и человека носит комплексный характер и может привести к ряду негативных последствий. Экспериментально с использованием метода биотестирования подтверждена высокая токсичность СВСНП.

Предложена технологическая схема для очистки и устранения токсичности СВ. Исходная проба СВСНП по результатам биотестирования соответствует второму классу опасности, после очистки по предложенной технологической схеме получаем четвертый класс опасности. Сделан обоснованный вывод, что мембранные методы очистки уменьшают токсичность СВСНП.

Литература

1. Васильев А.В., Гусарова Д.В., Известия Самарского научного центра Российской академии наук Т.15, №3. -

2013. - С. 542-545.

2. Фазуллин Д. Д., Маврин Г. В. Соколов М.П., - ХТТМ. - 2015. - № 1. - С. 56-59.

3. ПНД ФТ 14:1:3:4:4.5 «Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний».

4. Васильев А.В., Хамидуллова Л.Р., Заболотских В.В. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Т. 14, № 5 2012. - С.264-266.

5. Критерии отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды. Приказ №511 МПР России от 15 июня 2001 года.

6. Фазуллин Д.Д., Маврин Г.В., Шайхиев И.Г., Гайсин И.С., - Вестник технологического университета. Т.18, №6, 2015. - С. 259-263

7. Фазуллин Д.Д., Маврин Г.В., Мелконян Р.Г. - ХТТМ. -

2014. - № 1. - С. 53-56.

8. Fazullin D.D., Mavrin G.V., Shaikhiev I.G., Sokolov M.P. Modern Applied Science, Canadian Center of Science and Education, Vol. 9, No. 1, 2015, - Р. 242-249

© Д. Д. Фазуллин- м.н.с. Набережночелнинского института КФУ, E-mail: denr3@yandex.ru; Г. В. Маврин - к.х.н., зав. кафедрой Химии и экологии Набережночелнинского института КФУ, E-mail: mavrin-g@rambler.ru, И. Г. Шайхиев- д.т.н., зав. кафедрой Инженерной экологии КНИТУ, E-mail: ildars@inbox.ru,

© D. D. Faizullin - M. S. Naberezhnye Chelny Institute of Kazan Federal University, E-mail: denr3@yandex.ru; G. V. Mavrin -PhD, head. the Department of Chemistry and ecology Naberezhnye Chelny Institute of Kazan Federal University, E-mail: mavrin-g@rambler.ru; I. G. Shaikhiev - Ph. D., head. the Department of environmental Engineering of KNITU, E-mail: ildars@inbox.ru.