Химическая оценка очистки сточных вод г. Рассказово по ряду показателей

УДК 628.34

ХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Г. РАССКАЗОВО ПО РЯДУ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

© О.В. Алехина, Т.Ю. Лебедева

Ключевые слова: очистка сточных вод; загрязнитель; ПДК.

Исследован состав сточных вод на Рассказовских очистных сооружениях за апрель-июнь 2010 г. и февраль-май 2011 г. по показателям: рН, взвешенные вещества, ион аммония, нитриты, нитраты, железо общее, фосфаты, нефтепродукты и АПАВ. Зафиксированы колебания значений загрязняющих веществ от максимальных значений до минимальных, с превышением на сбросе с очистных сооружений по ряду показателей.

Рост городов, промышленности и других населенных пунктов поставил перед человечеством немалые задачи, одна из которых - отрицательное воздействие деятельности человека на окружающую среду. Но водная проблема стоит столь остро из-за того, что в результате хозяйственной деятельности человека воды рек и озер сильно загрязнены [1]. Поэтому внедрение очистных сооружений и разработка методов очистки сточных вод являются в настоящее время одними из важнейших природоохранных задач [2].

В последнее время особенно интенсивно разрабатываются технологические схемы очистки сточных вод, обеспечивающие необходимое качество получаемой воды в соответствии с нормами, принятыми в данном производстве. Наиболее распространена биологическая очистка сточных вод. Это величайшее изобретение человечества, обеспечившее ему чистую воду, а следовательно, саму жизнь, поскольку это наиболее эффективный, быстрый и дешевый способ удаления органических загрязняющих веществ из сточных вод, объем которых значительно возрос особенно в последние годы [3].

К сожалению, в настоящее время более 70 % данных сооружений работают неэффективно, что не удивительно, поскольку это сложнейшие трудноуправляемые биологические системы, работающие в неблагоприятном режиме постоянно изменяющегося сложного состава поступающих на очистку сточных вод [3, 4].

Промышленность и сельское хозяйство области, использующие устаревшие и экологически опасные технологические процессы и оборудование, отсутствие у них эффективных очистных сооружений, а в ряде случаев низкое качество их эксплуатации, игнорирование требований природоохранительного законодательства, создают сложную экологическую обстановку, ощущается недостаток водных ресурсов [5].

Очистные сооружения принимают промышленные и хозяйственно-бытовые стоки г. Рассказово (ООО «Раском», ООО «Рассказовская трикотажная фабрика», ОАО «Биохим», ОАО «Арженка», ООО «Завод НВА», ЗАО «Хлеб», ОАО « Рематра», ООО «Металлоснаб», автомойки, МП Баннопрачечный комбинат) и осущест-

вляют выпуск очищенных сточных вод в водный объект - р. Лесной Тамбов.

Характер поступающих на очистные сооружения стоков - смешанный. Предусмотрена механическая и биологическая очистка с дальнейшей доочисткой и обеззараживанием сточных вод.

В период апрель-июнь 2010 г. и февраль-май 2011 г. проведено исследование качества очистки сточных вод Рассказовских очистных сооружений по следующим показателям: рН, взвешенные вещества, ион аммония, нитриты, нитраты, железо общее, фосфаты, нефтепродукты и АПАВ. Исследования проводились на базе лабораторий Центра лабораторного анализа и технических измерений по ЦФО (филиал ЦЛАТИ по Тамбовской области).

Водородный показатель. Показатель рН играет значительную роль в очистке сточных вод на очистных сооружениях. Стоки канализации имеют кислую реакцию, в результате чего создается опасность гибели микроорганизмов биологической пленки, а после сброса таких стоков в водоем возникает угроза гибели в нем флоры и фауны, снижения его самоочищающей способности. Для удовлетворительной работы активного ила необходима нейтральная реакция среды 6,5-8,0. Понижение величины рН сточных вод приводит к снижению интенсивности обмена у бактерий, дефлокуляции и плохой осаждаемости активного ила, а при понижении рН ниже 5,0 бактерии антагонистически вытесняются грибами. Увеличение рН приводит к повышению интенсивности обмена у активного ила, и при сильной щелочной среде (рН > 8,5) клетки активного ила гибнут.

Таблица 1

Содержание рН в восточных водах, прошедших очистку

Величина рН

Апрель | Май Июнь Февраль | Март | Апрель | Май

2010 г. 2011 г.

Согласно нормативным требованиям, водородный показатель должен лежать в пределах от 6,5 до 8,5 единиц. Как показывают данные табл. 1, рН сточных вод, прошедших очистку, во все исследуемые периоды составил 7,6-7,9, что соответствует значению ПДК.

Взвешенные вещества. Среди основных загрязняющих веществ, прежде всего органической природы, присутствующих в сточных водах очистных сооружений, по физическому состоянию (размеру составляющих частиц) выделяют соединения в нерастворенном, коллоидном и растворенном состояниях. По мере изменения степени дисперсности частиц загрязняющих веществ, происходит последовательное их изъятие на всех ступенях биологической очистки. Среди них для характеристики работы сооружений механической очистки большое значение имеют взвешенные вещества, т. е. частицы нерастворимого твердого вещества, плавающие по всему объему жидкости (грубые суспензии). Они являются показателем загрязнения водоема хозяйственно-бытовыми сточными водами.

В целом, качество воды по рассматриваемому показателю за отчетный период после очистки отвечает нормативным требованиям (табл. 2). В 2010 г. содержание взвешенных веществ не превышало 8,1 мг/дм3, а в анализируемый период 2011 г. достигало 8,9 мг/дм3.

Железо общее. В сточных водах, поступающих на очистные сооружения от промышленных предприятий в силу технологических особенностей производства, обнаруживаются тяжелые металлы.

Присутствие металлов и их солей в поступающей воде существенно улучшает работу сооружений механической очистки, поскольку металлы интенсифицируют процесс осаждения взвешенных веществ. Однако в первичных отстойниках металлы в виде оксидов и гидроксидов адсорбируются с коллоидными частицами, утяжеляют их и способствуют их эффективному осаждению, что может вызвать «голодание» активного ила, уменьшать его прирост и в целом ухудшать работу аэротенков. Большое значение при этом играет рН, поскольку в диапазоне его значений от 6 до 7 процесс адсорбции коллоидов значительно интенсифицируется. Попадание металлов и их соединений в природные водоемы следует тщательно контролировать и предупреждать в связи с тем, что, в отличие от биологически распадающихся веществ, металлы только перераспределяются в воде, растительности и гидробаках, накапливаются и представляют существенную экологическую угрозу [4].

На протяжении всего исследуемого периода наблюдается тотальное превышение норматива по железу общему (табл. 3). Содержание железа в очищенных стоках колеблется от 1,8 до 2,3 ПДК. ПДК = 0,1 мг/дм3.

Фосфаты. Превышение ПДК по фосфат-иону зафиксировано в июне 2010 г. и составило 1,75 ПДК. В

Таблица 2

Содержание взвешенных веществ в сточных водах, прошедших очистку. ПДК = 9 мг/дм3

Апрель | Май Июнь Февраль | Март | Апрель | Май

2010 г. 2011 г.

8,1 I 7,5 7,6 8,0 | 8,5 | 8,9 | 7,5

апреле и мае 2011 г. концентрация фосфатов на выходе соответствовала ПДК = 0,2 мг/дм3 (табл. 4).

Присутствие фосфатов в воде вызывает развитие водорослевого «цветения». Установлено, что если удалить из сточной воды фосфаты, то «цветение» в водоеме, куда они сбрасываются, не развивается. Источником фосфора в сточных водах являются физиологические выделения людей, отходы хозяйственной деятельности человека и некоторые виды производственных сточных вод. Содержание азота и фосфора в сточных водах характеризует качество процесса биологической очистки. Азот и фосфор - компоненты материала клеток микроорганизмов. Их называют биогенными элементами, при отсутствии азота и фосфора в сточных водах процесс биологического окисления примесей сточной воды невозможен.

Перед сооружениями биологической очистки ставится задача глубокого удаления всех форм азотсодержащих соединений. В сточных водах азот представлен, в основном, в виде минеральной (ЫН4+, ЫО2-, ЫО3-) и органической (аминокислоты и другие органические соединения) составляющих.

В хозяйственно-бытовых сточных водах до их очистки азот в окисленных формах - нитриты и нитраты -как правило, отсутствует. Окисленные формы азота отсутствуют даже в том случае, если в производственных стоках имелись нитриты и нитраты. Денитрификация примесей сточной воды объясняется процессами анаэробиоза при транспортировании сточных вод по системе водоотведения, действием бактерий, денитрифицирующих окисленные формы азота до молекулярной формы. Окисленные формы азота появляются после биологической очистки сточных вод, свидетельствуя о полной завершенности процесса.

Азот служит питательной средой для многих микроорганизмов, применяемых при биологической очистке в аэротенках, и необходим для нормальной работы биологической пленки очистных канализационных сооружений. В случае его значительного количества в сточных водах, а также после биологической очистки и разбавления в водоеме его содержание увеличивается, усиливается разрастание сине-зеленых водорослей (цветение воды), что часто наблюдается в летний период.

Таблица 3

Содержание железа общего в сточных водах, прошедших очистку. ПДК = 0,1 мг/дм3

Апрель | Май Июнь Февраль | Март | Апрель | Май

2010 г. 2011 г.

Таблица 4

Изменение концентрации фосфат-ионов в сточных водах, прошедших очистку. ПДК = 0,2 мг/дм3

Апрель | Май Июнь Февраль | Март | Апрель | Май

2010 г. 2011 г.

Таблица 5

Содержание азотсодержащих соединений (мг/дм3) в сточных водах, прошедших очистку

Показатель Апрель Май Июнь Февраль Март Апрель Май

2010 г. 2011 г.

Нитриты 0,06 0,07 0,06 0,05 0,05 0,065 0,08

Нитраты 21,0 19,4 29,0 21,0 22,0 21,3 21,0

Ион аммония 0,38 0,36 0,39 0,35 0,35 0,35 0,38

Нитриты. Концентрация нитрит-ионов в воде, прошедшей очистку, за весь исследуемый период соответствует норме (табл. 5). В 2010 г. содержание нитритов не превышало 0,07 мг/дм3. Минимум зафиксирован в феврале-марте 2011 г. и составил 0,05 мг/дм3. Максимум, соответствующий ПДК, получен в результате анализа в мае 2011 г. ПДК = 0,08 мг/дм3.

Нитраты. В июне 2010 г. и марте 2011 г. наблюдается превышение ПДК по содержанию нитрат-ионов в сточной воде после очистки 29 и 22 мг/дм3 соответственно (табл. 5), при ПДК = 21,4 мг/дм3. В остальной период исследования значения массовой концентрации колеблются в пределах нормы.

Ион аммония. Превышение значения ПДК = 0,39 мг/дм3 на выходе с очистных сооружений за отчетный период не зафиксировано (табл. 5).

В 2010 г. содержание азота аммонийного изменялось от 0,36 до 0,39 мг/дм3. В феврале-апреле 2011 г. концентрация иона аммония в среднем составила 0,35 мг/дм3, а в мае не превысила 0,38 мг/дм3.

АПАВ. Анионные поверхностно-активные вещества (АПАВ): производные карбоновых и ациламинокар-боновых кислот (карбоксилаты), например, соли алкил-серных кислот (алкилсульфаты).

Токсическое действие АПАВ определяется, главным образом, неполярной частью молекулы, при этом оно более выражено при наличии в последней ароматического кольца. Оказывают аллергенное действие при любом пути поступления в организм: через кожу, верхние дыхательные пути или желудочно-кишечный тракт. На кожу оказывают местное раздражающее действие, обезжиривая ее [6].

Присутствие АПАВ в стоках приводит к образованию пены в аэротенках, увеличению выноса взвешенных веществ из вторичных отстойников, снижению ферментативной активности ила, сокращению его прироста и, следовательно, ухудшению очистки. Пена в аэротенках может достигать нескольких метров, разносится ветром, мешает работе и является источником заражения. Кроме того, наличие АПАВ в воде, поступающей на сооружения биологической очистки, ухудшает процесс первичного отстаивания и подавляет процессы переноса кислорода в клетки микроорганизмов. Удаление АПАВ в аэротенках обеспечивается двумя процессами: биохимическим распадом и сорбцией активным илом [7].

В табл. 6 показано, что после очистки концентрация АПАВ превышена в июне 2010 г., а в мае 2010 г. соответствует ПДК = 0,30 мг/дм3. В 2011 г. превышений не зафиксировано, содержание АПАВ не превышает 0,2 мг/дм3.

Таблица 6

Содержание АПАВ в сточных водах, прошедших очистку. ПДК = 0,3 мг/дм3

Апрель | Май Июнь Февраль | Март | Апрель | Май

2010 г. 2011 г.

Нефтепродукты. Нефть и нефтепродукты присутствуют в сточных водах в виде опалесцирующей пленки различной толщины, растворенной, эмульгированной и находящейся во взвешенном состоянии в виде клочков. В большинстве своем нефтепродукты очень медленно биологически осаждаются, токсически действуют на активный ил и нарушают процесс дыхания клеток ила. Все это указывает на нерациональность очистки сточных вод от нефтепродуктов на сооружениях биологической очистки. Удалять их следует на стадии предварительной очистки и строго следить за их попаданием на биологические очистные сооружения [4].

Содержание нефтепродуктов в очищенных стоках за исследуемый период не превышает установленного норматива (табл. 7). В феврале и марте 2011 г. нефтепродуктов в очищенной сточной воде не обнаружено. Максимум зафиксирован в мае 2010 г. - 0,05 мг/дм3. В 2011 г. концентрация нефтепродуктов не превысила 0,02 мг/дм3.

Анализ работы очистных сооружений за исследуемый период свидетельствует о следующем:

- очистные сооружения по основным проектным показателям работают не в проектном режиме;

- превышение на сбросе с ОС наблюдается по ряду показателей;

- одной из причин этого является значительное превышение требуемых значений загрязняющих веществ для биологической очистки. Кроме того, наблюдаются большие колебания значений загрязняющих веществ от максимальных их значений до минимальных.

Для снятия вышеуказанных негативных причин в работе очистных сооружений необходимо:

Таблица 7

Содержание нефтепродуктов в сточных водах, прошедших очистку. ПДК = 0,05 мг/дм3

2010 г. 2011 г.

- усреднять воду перед очисткой. Это позволит не только срезать максимумы, но и приведет к некоторому снижению средних концентраций при существующей эффективности очистки. Строительство усреднителя позволит снизить также высокие концентрации загрязняющих веществ;

- ужесточить требования к работе локальных очистных сооружений на предприятиях г. Рассказово. Большинство локальных очистных сооружений работают неэффективно (ООО «Раском», ООО «Рассказовская трикотажная фабрика», ОАО «Биохим», ОАО «Арженка», ООО «Завод НВА»). Стоки, сбрасываемые с этих предприятий, во много раз превышают ПДК для очистных сооружений;

- провести капитальный ремонт очистных сооружений.

Но самое главное - это восстановление системы доочистки сточных вод. Это позволит довести очистку сточных вод на сбросе в р. Лесной Тамбов до нормативных показателей [8].

ЛИТЕРАТУРА

1. Авакян А.Б. Водные проблемы: мифы и реальность. М.: Знание,

1991. С. 4-12.

2. Ситнер Е.Я., Вигдорович В.И. Химия и экология гидросферы.

Тамбов: Изд-во ТГУ им. Г.Р. Державина, 2000. 204 с.

3. Алехина О.В., Веревкина Н.В., Бердникова Г.Г., Пахомова О.В. Химическая оценка глубины очистки сточных вод г. Тамбова и области // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2009. Т. 14. Вып. 1. С. 91-93.

4. Жмур Н.С. Управление процессом и контроль результата очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. М.: Луч, 1997. 172 с.

5. Вигдорович В.И., Цыганкова Л.Е. Экология. Химические аспекты и проблемы. Ч. 1. Тамбов, 1994. 115 с.

6. Вредные вещества в промышленности: Органические вещества. Справочник / под ред. Э.Н. Левиной, И.Д. Гаданской. Л.: Химия, 1985. 464 с.

7. Карюхина Т.А., Чурбанова И.Н. Химия воды и микробиологии. М.: Стройиздат, 1974. 215 с.

8. Нормативы допустимых сбросов веществ и микроорганизмов (НДС), поступающих в реку Лесной Тамбов со сточными водами по выпуску очистных сооружений. Тамбов, 2008.

Поступила в редакцию 1 ноября 2011 г.

Alekhina O.V., Lebedeva T.Yu. CHEMICAL ASSESSMENT OF SEWAGE CLEARING IN RASSKAZOVO ACCORDING TO RANGE OF FACTORS

The structure of sewage on Rasskazovo clearing institutions for April-June of 2010 and February-May of 2011 is researched according to factors: pH, suspended matters, ion of ammonium; nitrites, nitrates, total iron, phosphates, oil products and anionic surfactant. The variation of pollutants meanings from maximum to minimal with excess at waste interception from clearing institutions according a range of factors is noted.

Key words: sewage clearing; pollutant; MAC.