Chemiczna degradacja zanieczyszczeń w ściekach przemysłowych

Wody powierzchniowe i podziemne stanowią jeden z podstawowych komponentów środowiska naturalnego o ogromnym znaczeniu dla gospodarki i warunków bytowania człowieka. Z tego powodu oszczędne gospodarowanie zasobami czystej wody i zachowanie źródeł zaopatrzenia w wodę w stanie nie pogorszonym jest podstawowym warunkiem rozwoju gospodarczego i społecznego każdego kraju. Problem ilości i jakości wód kierowanych do spożycia stał się w ostatnich latach istotnym elementem polityki ekologicznej naszego kraju (por. m. in. uchwała Senatu RP z 4.11.1994 r.). Precyzuje ona warunki niezbędne do harmonijnego, zrównoważonego rozwoju społeczno-gospodarczego. Jedną z naczelnych zasad dotyczącą polityki użytkowania krajowych zasobów wodnych i ochrony wód przed zanieczyszczeniem jest określona w tym dokumencie zasada minimalizacji emisji zanieczyszczeń. Strategię tę realizuje się m.in. poprzez: recyrkulację wody, odzyskiwanie surowców ze ścieków, oczyszczanie ścieków. Znaczącą rolę w urzeczywistnianiu polityki zrównoważonego rozwoju i ochrony wody przed zanieczyszczeniem powinny odgrywać nowoczesne, wysokowydajne technologie oczyszczania wody i ścieków, pozwalające regenerować zasoby wodne kraju i obniżać koszty uzdatniania wody. Pomimo wyraźnego postępu, jaki dokonał się w ostatnich latach w zakresie ograniczania ładunków zanieczyszczeń oraz zmniejszania ilości ścieków odprowadzanych do wód powierzchniowych, istnieje pilna potrzeba wdrażania nowoczesnych, efektywnych programów ochrony wód (w tym wód podziemnych) przed skażeniem szkodliwymi substancjami. Wniosek ten wypływa z faktu, iż Polska cierpi na niedostatek źródeł wody o zadowalającej jakości i o odpowiedniej wydajności. Należy w tym miejscu zauważyć, że gospodarka naszego kraju opiera się na przemysłach, które potencjalnie (i faktycznie) stanowią poważne zagrożenie dla środowiska naturalnego. Należą do nich przemysł chemiczny i farmaceutyczny, petrochemiczny i papierniczy, a także przemysł wydobywczy oraz energetyka, zwłaszcza ta oparta na węglu. Zanieczyszczenia powstające w trakcie procesów przetwórczych prowadzonych w zakładach przemysłowych są najczęściej trudne do unieszkodliwienia tradycyjnymi metodami, w których głównie wykorzystuje się metody biologicznego oczyszczania ścieków. W tej sytuacji konieczne jest zwiększenie efektywności usuwania ze ścieków kierowanych do wód powierzchniowych tych zanieczyszczeń, które są toksyczne w stosunku do organizmów tworzących osad biologiczny lub też trudno ulegają biodegradacji. Należą do nich np. środki powierzchniowo-czynne, glikole, półprodukty organiczne, związki ropopochodne, środki ochrony roślin. Proste ozonowanie umożliwia skuteczną degradację czystych 2-MNT, 2,4-DNT w ich wodnych roztworach. W przypadku 2,4,6-TNT proces "peroxone" (O3/H2O2) prowadzony przy pH > 7 okazał się znacznie skuteczniejszy. We wszystkich tych przypadkach szybkość reakcji procesu degradacji można przybliżyć pozorną zależnością pseudo-pierwszorzędową. Wartości stałych szybkości reakcji zależą od pH roztworu i w znacznie większym stopniu od strumienia masy wprowadzanego do układu ozonu niż od dawki nadtlenku wodoru. Możliwe jest uzyskanie 68-86% biodegradacji 2,4-DNT oraz 2,4,6-TNT. Niemal całkowita degradacja DNT wymaga dawki ozonu około 0,28 g O3/dm3, co odpowiada molowemu stosunkowi O3/DNT 6,4. Wartość ta jest dobrze zgodna z danymi Stockingera [13], który podał wartości tego stosunku w granicach od 4 do 10, zależnie od wartości pH (od 8 do 5) oraz Saupe'go [12], który otrzymał wartości od 5,8 do 6,9 przy pH =2÷11. Interesującą alternatywą jest utlenianie badanych związków nitrowych przy użyciu reakcji Fentona (Fe2+/H2O2). W optymalnych warunkach uzyskuje się spadek poziomu ChZT o ponad 80%, zaś RWO o 40%, osiągając przy tym 80% biodegradacji w przypadku 2-MNT; o ponad 60% poziomu ChZT i o 25% - RWO, przy 50% biodegradacji w przypadku 2,4-DNT; o 20% poziomu ChZT i o 16% RWO w przypadku 2,4,6-TNT. Dla ścieków z produkcji TNT proste ozonowanie okazało się skuteczną metodą usuwania substancji organicznych z obydwu rodzajów ścieków. Aby uzyskać poprawę biodegradacji surowych ścieków, konieczne będzie znaczne utlenienie zawartych w nich substancji organicznych. Utlenianie za pomocą reakcji Fentona sprawdzono dla ścieków kwaśnych oraz mieszanych. Najlepszym wariantem parametrów dla tego procesu w kategoriach obniżenia poziomu RWO w przypadku ścieków kwaśnych oraz mieszanych był następujący ich zestaw: pH = 4, CH2O2 = 15÷20 g/dm3, CFe2+ = 2 g/dm3. W tych warunkach osiągnięto ponad 50% poziom biodegradacji. Powinien być wystarczający do dalszej obróbki w stopniu biologicznym po połączeniu takich podczyszczonych ścieków ze ściekami komunalnymi. Podczas ozonowania degradacja karbendazymu zachodzi w wyniku reakcji z rodnikiem hydroksylowym oraz przez bezpośrednią reakcję z ozonem. Najlepsze warunki ozonowania z dodatkiem nadtlenku wodoru (proces "peroxone") tego związku stwierdzono dla początkowego stężenia nadtlenku wynoszącego 0,004 M. Spośród badanych siedmiu układów degradacji karbendazymu (H2O2, O3, UV oraz ich kombinacje) najkorzystniejszym okazał się układ UV z dodatkiem H2O2 przy stężeniu początkowym tego ostatniego 0,01 M. Udział bezpośredniej fotolizy w procesie rozkładu karbendazymu zależy od początkowego stężenia nadtlenku i wraz ze wzrostem tego stężenia spada do kilku procent. Badania rozkładu karbendazymu w ściekach z produkcji tego fungicydu wykazały analogię do wyników wcześniejszych badań przeprowadzonych dla czystego związku. Dodatek H2O2 zwiększa szybkość degradacji karbendazymu, jednak ten korzystny efekt obserwuje się do zakresu początkowego stężenia H2O2 wynoszącego około 0,05 M. Wzrost początkowego stężenia dodawanego H2O2 sprzyja spadkowi RWO. Korzystne jest przy tym stopniowe dozowanie nadtlenku wodoru. Biodegradacja ścieków z produkcji karbendazymu nie ulega poprawie w wyniku ozonowania lub procesu ozon + H2O2. Osiąga się jednak w tych procesach bardzo wydatny spadek zawartości toksycznego zanieczyszczenia, co jest najbardziej istotne dla gospodarki ściekowej z tej produkcji.

Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
Dziedziny: nauki inżynieryjno-techniczne, nauki ścisłe i przyrodnicze
Dyscypliny: inżynieria środowiska, górnictwo i energetyka, nauki o ziemi i środowisku