Сточные воды, отводимые промышленными предприятиями в систему жилищно-коммунального хозяйства и далее на городские сооружения биологической очистки, являются, как правило, производственно-бытовыми, т.е. содержат промышленные ингредиенты, которые в определенных концентрациях оказывают отрицательное влияние на работу городских сооружений. Действующим законодательством установлены высокие требования к качеству поступающих на биологическую очистку сточных вод (табл. 1), несоблюдение которых влечет за собой значительные штрафные санкции. Поэтому на большинстве промышленных предприятий стоит проблема повышения качества отводимых стоков и изыскания технологии их глубокой очистки.
Исследования по повышению эффективности очистки производственно-бытовых сточных вод (усредненное содержание примесей приведено в табл. 1) проводились на нескольких предприятиях общего и транспортного машиностроения.
Имеющиеся на предприятиях очистные сооружения – станции нейтрализации кислотно-щелочных сточных вод гальванического производства и гидроциклоны-флотаторы для очистки оборотной воды грязного цикла от механических загрязнений и нефтепродуктов, – не обеспечивают требуемого качества очищенных стоков.
В результате оценки известных инновационных методов тонкой очистки воды было решено апробировать гальванохимический, не требующий использования химических реагентов. Сущность процесса очистки заключается в действии короткозамкнутых гальванических элементов, в качестве которых используются различные материалы: железо-кокс (графит), железо-медь, алюминий-кокс и др. При использовании в качестве анодного полуэлемента железа оно переходит в раствор в виде магнетика, в структуру которого внедряются атомы металлов-примесей. Переменный контакт гальванопары между собой, кислородом воздуха и раствором обеспечивает эффект очистки. Очистка воды основана также на сорбционных способностях оксидной ферропульпы, образующейся при гальванохимическом растворении анодной загрузки.
Подробный обзор по ГХО выполнен в работах [1, 2], где показана перспективность данного метода, однако, очевидно, что механизм процесса ГХО требует дальнейшего изучения. Не существует однозначного мнения исследователей о включении металлов в структуру феррошпинелей. Не ясен процесс участия кислорода. Так, большинство исследователей считает, что удаление из воды органических соединений происходит за счет сорбционных способностей гальваношлама, но не за счет окислительных процессов. При этом признают высокую эффективность ГХО очистки от органических примесей только в случае введения в систему пероксида водорода [3]. В то время как термодинамически доказана возможность активации молекулярного кислорода и образования кислородных радикалов при каталитическом воздействии непрерывно генерируемых катионов двухвалентного железа [4]. Имеются положительные результаты по очистке методом ГХО сточных вод красильно-отделочного производства, содержащих сложные органические соединения [5].
Целью настоящего исследования является оценка применимости гальванокоагуляционного метода к очистке промышленных сточных вод от трудноокисляемых органических соединений, тяжелых металлов, сульфатов и других вредных примесей, входящих в состав отработанных технологических смазок и жидкостей.
Материалы и методы исследования
На первом этапе на основе натурного обследования водного хозяйства завода был выполнен инженерный анализ системы стокоотведения и работы существующих очистных сооружений. Далее по результатам первого этапа выбраны объекты и направления лабораторных и модульных исследований, определены сертифицированные аналитические методы контроля содержания в сточной воде вышеприведенных ингредиентов химического состава.
Гальванокоагуляция проводилась на лабораторной установке барабанного типа с внутренними перегородками. Диаметр барабана 150 мм. Скорость вращения барабана 5 оборотов в минуту. Продолжительность обработки составляла от 10 до 30 минут. Испытанию подвергались: нейтрализованные гальваностоки, продувки оборотных систем, смесь неочищенных гальваностоков с продувками оборотных систем (смешанные стоки), неочищенные гальваностоки, а также усредненный сброс (состава, приведенного в табл. 1), формируемого из нейтрализованных стоков гальванического цеха; продувочных вод четырех оборотных систем грязного и чистого циклов и бытовых сточных вод. Были опробованы две гальванопары – железо-кокс и железо-медь.
Результаты исследования и их обсуждение
Результаты аналитических методов контроля состава и определения ХПК в исходных и очищенных способом гальванокоагуляции стоков различных исследуемых групп представлены в табл. 2 и 3.
На первом этапе кислотно-щелочные и хромсодержащие сточные воды гальванического производства анализировались и исследовались раздельно. Гальванокаогуляция, проводимая на загрузке железо-медь, показала 100 %-й эффект по очистке от шестивалентного хрома как для случая кислотно-щелочных, так и для хромсодержащих сточных вод.
Далее очистке подвергалась смешанная проба гальваностоков, которая готовилась смешиванием в отношении 1:1 кислото-щелочных сточных вод из накопителя кислото-щелочных стоков и хромсодержащих сточных вод из накопителя хромсодержащих стоков. Использовалась гальванопара железо-кокс. В опыте № 5 получен максимальный эффект очистки от меди – 0,003 мг/л, что ниже требуемого значения 0,005 мг/л.
Промышленно-бытовые стоки испытывались на двух гальванопарах – железо-медь в соотношении 3:1 и железо-кокс. На загрузке железо-медь содержание меди в очищенной воде снижается до того же уровня, что и при известковании – 0,016 мг/л. Значительное снижение – в два раза – наблюдается при одновременной принудительной подаче в гальванокоагулятор воздуха (через пористую насадку). На гальванопаре железо-кокс без принудительной подачи воздуха достигается более глубокое извлечение меди – 0,007 мг/л. Поэтому в дальнейших испытаниях перешли на загрузку железо-кокс. На этой гальванопаре также, в отличие от пары железо-медь, достигается значительное снижение сульфатов.
ХПК исходных промбытовых сточных вод по отношению к нормам сброса находится на предельном уровне – 170–180 мг О/л. ХПК при ГХО снижается достаточно эффективно и составляет на выходе из гальванокоагулятора 13–32 мг О/л.
Пробы бытовых сточных вод подвергались ГХО на гальванопаре железо-кокс = 4:1 в течение 20 минут. После обработки смесь воды и образовавшегося осадка перелили в мерный цилиндр, наблюдали процесс осаждения осадка. Осадок мелкий, черного цвета, имеет кристаллическую структуру. Основная масса – около 5 % – оседает за 15–20 минут. Отстоянная вода содержит остаточные количества тонкой неоседающей взвеси, которая полностью задерживается при последующем фильтровании через лабораторный бумажный фильтр. После фильтрования получили фильтрат и определили его состав. рН очищенной воды не изменяется и остается нейтральным. Содержание меди сокращается в два раза и составляет 0,011 мг/л, что превышает норму 0,005 мг/л. Содержание железа, фосфатов и нефтепродуктов снижается до значений ниже нормативных требований. От нефтепродуктов, фосфатов и железа очистка идет стабильно до более низких концентраций, чем установлено действующими нормами. Концентрация сульфатов снижается в два раза, что обеспечивает норму сброса при отдельной очистке бытовых стоков. Содержание ионов аммония и нитритов различное – от незначительного снижения или неизменных значений до значительного повышения. Ионы аммония и нитриты появляются в очищенной воде в результате окисления органических веществ, в том числе белков, имеющих в своем составе аминогруппы –NН2-. При интенсивной аэрации воды под действием содержащихся в бытовых сточных водах сапрофитных микроорганизмов начинаются процессы биологической очистки, подобные тем процессам, которые протекают на городских очистных сооружениях. Следовательно, факт начала процессов очистки является положительным фактором в отношении условий приема стоков на городские сооружения. Подтверждением протекания процессов разложения органических веществ свидетельствует значительное снижение ХПК во всех опытах: от 181 до 53 мг О/л.
источник
В промышленных регионах наблюдается неудовлетворительное экологическое состояние водных объектов, в связи, с чем с каждым годом все большее значение приобретает решение проблемы эффективности очистки сточных вод. Эта проблема актуальна и для г. Москвы. Все это определяет необходимость поиска современных способов решения данной проблемы с учетом природных условий. Нами был проведен химический анализ сточной воды сбрасываемой с территории одного из промышленных предприятий, расположенного в Солнечногорском районе г. Москва по улице Производственной. Исходной информацией послужили протоколы химического анализа сточных вод, отобранных после очистных сооружений, выше и ниже сброса воды по реке Сетунь.
Сетунь -река на западе Москвы, берёт начало из пруда в деревне Саларьево Московской области, протекает через Солнцево (около 6 км), пересекает МКАД в районе Сколковского шоссе, затем Аминьевское шоссе, Минскую улицу и впадает в Москву-реку ниже Краснолужского моста, напротив Новодевичьего монастыря. Принимает справа Румянцевский ручей , Сетуньку, Троекуровский ручей, Натошенку, Раменку и Кипятку. Глубокая и широкая древняя долина Сетуни отделяет Татаровские высоты и Поклонную гору от Воробьёвых гор и остальной части Теплостанской возвышенности. Река Сетунь впадает в р.Москва с правого берега на расстоянии 184 км от устья. Длина р. Сетунь составляет 98 км,общая площадь водосбора 190км 2 .Река Сетунь имеет 15 притоков общей протяженностью около 48 км. На ее площади водосбора расположено более 34 озер и водохранилищ с общей площадью зеркала 0.73 км 2 .
1. Предприятие – завод по производству лекарственных препаратов расположен в г. Москве.
2. Поверхностный сток отводится с территории водосбора площадью 3,90 га,
— с асфальтированных покрытий и дорог – 1,39 га;
3. Отведение сточных вод осуществляется в водный объект рыбохозяйственного назначения 2-ой категории реку Сетунь. В состав ихтиофауны реки Сетунь входят: плотва, окунь, карась, щука и др.; сохранились места нереста и зимовки рыб. Однако Сетунь не имеет рыбохозяйственного значения, так как по результатам химического анализа воды она сильно загрязнена нефтепродуктами, солями тяжёлых металлов, хлоридами и др.
Сточные воды классифицируются по происхождению на хозяйственно-бытовые, промышленные и атмосферные, или ливневые, воды. В зависимости от степени загрязненности и предъявляемых санитарных требований сточные воды могут быть спущены в водоем непосредственно или после их очистки (механической, химической, биологической).
На данном предприятии на очистные сооружения поступают хозяйственно-бытовые сточные воды, ливневые сточные воды, загрязнѐнные воды, образующиеся от операций обслуживания технологического оборудования очистных сооружений, представляют собой, главным образом, стоки от промывки механических фильтров (а также периодической промывки адсорбционных фильтров с фильтрующей загрузкой из гранулированного активированного угля).
Очистные сооружения предприятия введены в эксплуатацию в 1982 году, занимают общую площадь 344.7 кв.м, объем 1827 куб.м. и предназначены для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод, образующихся результате хозяйственной деятельности предприятия . На очистные сооружения сточные воды поступают через систему канализации. Образующиеся сточные воды, после очистки, сбрасываются в реку Сетунь. Очистные сооружения представляют собой подземный железобетонный отстойник.
Очистка сточных вод включает в себя следующие процессы:
- Отстаивание. В результате отстаивания, из сточных вод происходит выделение грубодисперсных примесей с плотностью, отличимой от плотности воды. Под действием силы тяжести частицы загрязнений оседают на дно сооружения, где под воздействием анаэробных микроорганизмов сбраживаются и минерализуются: сложные органические вещества (белки, жиры, углеводы) расщепляются до кислот жирного ряда, а затем до метана, диоксида углерода и частично сероводорода.
После отстаивания сточные воды самотеком попадают в реку Сетунь.
По данным предприятия за последние 12 месяцев было сброшено 27.672тыс м 3 очищенных сточных вод. Средняя концентрация загрязняющих веществ по данным химического анализа сточных вод после очистки представлена в таблице1.
Химический анализ воды сбрасываемой в реку Сетунь.
источник
Анализ результатов физико-химической очистки производственных сточных вод методом реагентной напорной флотации с использованием интенсифицирующих реагентов – коагулянта и флокулянта, с последующей доочисткой на существующей станции биологической очистки.
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Анализ эффективности очистки сточных вод молокоперерабатывающего предприятия
Приведены результаты анализа эффективности работы очистных сооружений молокоперерабатывающего предприятия. Выявлено, что в настоящее время очистные сооружения не дают достаточного эффекта очистки по основным показателям. С целью снижения негативного воздействия и улучшения качества сточных вод молокоперерабатывающего предприятия предложена физико-химическая очистка производственных сточных вод методом реагентной напорной флотации с использованием интенсифицирующих реагентов — коагулянта и флокулянта, с последующей доочисткой на существующей станции биологической очистки.
Ключевые слова: сточные воды, биологические очистные сооружения, напорная флотация, коагулянты и флокулянты, нейтрализация.
The results of the analysis of work efficiency of treatment facilities of the milk processing enterprise. It was revealed that currently, treatment plants do not provide sufficient cleaning effect on the main indicators. With the aim of reducing negative impacts and improving waste water quality of milk processing plants the proposed physico-chemical industrial wastewater treatment reagent method of pressure head flotation with the use of intensifying reagents, coagulant and flocculant, followed by tertiary treatment in the existing biological treatment plant.
Keywords: wastewater, biological treatment plants, pressure flotation, coagulants and flocculants, neutralizing.
В данной статье рассматривается молокоперерабатывающее предприятие, находящееся на территории Республики Башкортостан. Основным видом деятельности завода является производство цельномолочной продукции.
Сточные воды предприятия представляют сложную систему с присутствием растворенных в воде взвешенных и эмульгированных частиц, загрязняющих стоки. Они содержат белковые растворы, нерастворимые хлопья белковых веществ, частицы жиров, растворимый молочный сахар, а также дезинфицирующие и моющие средства [2, с. 232].
Сточные воды в основном образуются от следующей производственной деятельности: вода очистка флотация реагент
— приемка молока: мойка автоцистерн, фляг;
— аппаратное отделение: мойка технологического оборудования, мойка емкостей для хранения, мойка молокопроводов, мойка молочных насосов:
— отделение фасовки: мойка фасовочного оборудования, трубопроводов;
— компрессорная: охлаждение сырья и готовой продукции водой;
— хозяйственно-бытовые стоки с административного здания.
Проектная мощность очистных сооружений — 300 м 3 /сут., 109,5 тыс.м 3 /год; способ очистки — биологический, год ввода в эксплуатацию — 1972 г.
Очистка сточных вод, поступающих на БОС, обеспечивается двухступенчатыми аэротенками с пневматической аэрацией. Сточные воды на БОС проходят:
— решетчатый контейнер, задерживающий крупные включения;
— денитрификатор, где завершаются процессы аммонификации;
— аэротенк 1 ступени очистки — при аэрировании и перемешивании происходит разложение и окисление органических загрязнителей;
— первичные отстойники — стоки очищаются от механических примесей, взвешенных веществ, жиров;
— аэротенк 2 ступени очистки — проходят процессы нитрификации;
— вторичный отстойник — предназначен для отстаивания взвешенных веществ (ила);
— контактный резервуар, в котором производится обеззараживание очищенных стоков раствором гипохлорита кальция Ca(OCl)2 (время пребывания — не менее 30 мин).
В состав очистной станции также входят воздуходувная станция и илонакопитель.
Очищенная сточная вода по подземному коллектору самотеком поступает в металлическую емкость, заглубленную в землю. По мере наполнения вода по металлическому желобу отводится в реку.
Место сброса не попадает в пределы первого, второго пояса зон санитарной охраны источников хозяйственно-питьевого водоснабжения; в пределы первого, второго поясов округов санитарной охраны курортов, в места туризма, спорта и массового отдыха населения; в водные объекты, содержащие природные лечебные ресурсы. В сточных водах не содержатся вредные вещества, для которых не установлены нормативы предельно допустимых концентраций [3, с. 63].
Очистка производится по взвешенным веществам, нефтепродуктам, жирам, ПАВ, фосфатам, азоту аммонийному, металлам.
С целью оценки эффективности работы очистных сооружений предприятия провели анализ качества очищенных сточных вод, сбрасываемых в реку. Были отобраны и проанализированы пробы сточной воды рассматриваемого молокоперерабатывающего предприятия на содержание загрязняющих веществ: нефтепродуктов, ионов аммония, взвешенных частиц, жиров, хлоридов, сульфатов и нитратов, а также были определены значения ХПК и БПК. Полученные в ходе лабораторных исследований результаты сравнили с качественными показателями исходных сточных вод (Таблица 1).
Таблица 1 — Концентрация ЗВ на входе и на выходе из БОС
источник
Выпускная квалификационная работа ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД НА ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЯХ Г. БАРНАУЛА
1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВО «Алтайский государственный университет» Биологический факультет Кафедра экологии, биохимии и биотехнологии Выпускная квалификационная работа ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД НА ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЯХ Г. БАРНАУЛА Выполнил: студент2 к. 741м гр. БФ Бычков Е.В. Допустить к защите: зав. каф. экологии, биохимии и биотехнологии д.б.н., проф. Соколова Г.Г. Научный руководитель: д.б.н., проф. Соколова Г.Г. Председатель ГЭК: д.б.н. Мочалова О.В. Оценка 2016 г. Барнаул
2 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ. 3 ГЛАВА 1. ВИДЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДОЕМОВ И СПОСОБЫ ИХ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Виды загрязнения водоемов Способы очистки сточных вод Механическая очистка сточных вод Физико-химическая очистка сточных вод Биологическая очистка сточных вод. 16 ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Схема коммунально-очистных сооружений г. Барнаула Материалы и методы Методы исследования. 30 ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ Г. БАРНАУЛА Оценка работы КОС-1 и КОС-2 по физико-химическим показателям Водородный показатель (рн) Взвешенные вещества Общее железо Нефтепродукты Азотосодержащие соединения Фосфаты и сульфаты Биологическое потребление кислорода (БПК5) Оценка работы КОС-2 по гидробиологическим показателям ВЫВОДЫ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. 64 ПРИЛОЖЕНИЯ 71 2
3 ВВЕДЕНИЕ Самой уязвимой частью природы стала пресная вода. Сточные, пестициды, удобрения, ртуть, мышьяк, свинец и многое другое в огромных количествах попадают в реки и озёра. Бытовые отходы, поступающие в канализацию, содержат большое количество остатков фармацевтических средств, используемых человеком. Промышленные сливы предприятий, прежде всего, химических и металлургических, остатки пестицидов, которые переносятся с полей в водоемы талыми и подпочвенными водами, добавляют к ним тысячи веществ, характеристика которых варьируется от термина «нежелательная примесь» до определения «яд». Кроме органических и неорганических веществ в воде присутствуют также болезнетворные микробы и вирусы. Без всякого преувеличения можно сказать, что высококачественная вода, отвечающая санитарно-гигиеническим и эпидемиологическим требованиям, является одним из непременных условий сохранения здоровья людей. Но чтобы она приносила пользу, ее необходимо очистить от всяких вредных примесей и доставить чистой человеку. Острейшая проблема водоснабжения заключается в том, что современный уровень очистки сточных вод требует достаточно большие материальные и энергетические затраты. В Алтайском крае вода также подвергается загрязнению. В г. Барнаул для очистки сточных вод в эксплуатацию введены несколько коммунальноочистных сооружений КОС-1 и КОС-2. На данных очистных сооружениях используются механические, химические и биологические методы очистки. Цель работы оценить эффективность очистки сточных вод на очистных сооружениях г. Барнаула. Задачи: 3
4 1. Выявить особенности загрязнения сточных вод р. Обь в районах КОС-1 и КОС Определить эффективность очистки сточных вод по следующим химическим показателям: рн, взвешенные вещества, общее железо, нефтепродукты, Азотсодержащие соединения, фосфаты, сульфаты и БПК5. 3. Рассмотреть процесс биологической очистки сточных вод на очистных сооружениях. 4
5 ГЛАВА 1. ВИДЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДОЕМОВ И СПОСОБЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД 1.1. Виды загрязнения водоемов Вода, как и воздух, является жизненно необходимым источником для всех известных организмов. Россия относится к странам, наиболее обеспеченным водой. Однако состояние ее водоемов нельзя назвать удовлетворительным. Антропогенная деятельность приводит к загрязнению как поверхностных, так и подземных источников (Кудряшева, 2004). Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения (Димакова, Шарапов, 2013). Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы: механическое повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений; химическое наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия; бактериальное и биологическое наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей; радиоактивное присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах; тепловое выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных электростанций (Мырзахметов, Жумартов, 2002). Основными источниками загрязнения гидросферы являются сбрасываемые сточные, образующиеся в процессе эксплуатации энергетических, промышленных, химических, медицинских, оборонных, 5
6 жилищно-коммунальных и других предприятий и объектов; захоронение радиоактивных отходов в контейнерах и емкостях, которые через определенный период времени теряют герметичность; аварии и катастрофы, происходящие на суше и в водных пространствах; атмосферный воздух, загрязненный различными веществами и другие (Пивоваров, 2006). Поверхностные источники питьевой ежегодно и все в большей степени подвергаются загрязнению ксенобиотиками разной природы, поэтому снабжение населения питьевой водой из поверхностных источников представляет все большую опасность (Коржов, 2015). Существует несколько видов загрязнения водных объектов: Органическое загрязнение водоемов (БПК). Сточные, содержащие растительные волокна, животные и растительные жиры, фекальную и навозную массу, остатки плодов и овощей, отходы кожевенной и целлюлозно-бумажной промышленности, сахарных и пивоваренных заводов, предприятий мясомолочной, консервной и кондитерской промышленности, являются причиной органических загрязнений водоемов. Разлагаясь в водной среде, органические отходы могут стать средой для патогенных организмов. Вода, загрязненная органическими отходами, становится практически непригодной для питья и других надобностей (Викулина, 2010; Мидоренко, Краснов, 2009). Бытовые отходы опасны не только тем, что являются источником некоторых болезней человека (брюшной тиф, дизентерия, холера), но и тем, что требуют для своего разложения много кислорода. В сточных водах городов и других населённых пунктов обычно содержится около 60% веществ органического происхождения, к этой же категории органических загрязнений относятся биологические (бактерии, вирусы, грибы, водоросли) загрязнения в коммунально-бытовых, медикосанитарных водах и отходах кожевенных и шерстомойных предприятий. Бытовой мусор в среднем содержит (на массу сухого вещества) 32 40% органических веществ; 10,56% азота; 10,44% фосфора; 0,15% цинка; 0,085% 6
7 свинца; 0,001% ртути; 0,001% кадмия. Его сброс в водные объекты категорически запрещён. Но из-за отсутствия организованной в соответствии с экологическими требованиями в нашей стране, системы сбора и утилизации отходов, значительная их часть попадает в воду (Владимиров, 1991). Во время прохождения материала сквозь столб, часть загрязняющих веществ переходит в раствор, изменяя качество, другая сорбируется частицами взвеси и переходит в донные отложения. Одновременно повышается мутность. Наличие органических веществ часто приводит к быстрому расходованию кислорода в воде и нередко к его полному исчезновению, растворению взвесей, накоплению металлов в растворенной форме, появлению сероводорода. Присутствие большого количества органических веществ создает в донных грунтах устойчивую восстановительную среду, в которой возникает особый тип иловых вод, содержащих сероводород, аммиак, ионы металлов. Воздействию сбрасываемых материалов в разной степени подвергаются организмы бентоса и др. (Айзман, Кривощекова, 2002). Нефтяное загрязнение имеет различные формы. Оно может тонкой пленкой покрывать поверхность, а при разливах толщина нефтяного покрытия вначале может составлять несколько сантиметров. С течением времени образуется эмульсия нефти в воде или в нефти. Позже возникают комочки тяжелой фракции нефти, нефтяные агрегаты, которые способны долго плавать на поверхности. К плавающим комочкам мазута прикрепляются разные мелкие животные, которыми охотно питаются рыбы. Вместе с ними они заглатывают и нефть. Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую «нефть в воде» и обратную «вода в нефти». Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 10,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефтей, содержащих поверхностно-активные вещества. При удалении летучих фракций, нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности, переноситься течением, выбрасываться на берег 7
8 и оседать на дно (Войно, 2006; Жакишева, 2011). Все компоненты нефти токсичны для водных организмов. Нефть влияет на структуру сообщества морских животных. При нефтяном загрязнении изменяется соотношение видов и уменьшается их разнообразие. Доказано, что очень опасно длительное хроническое воздействие даже небольших концентраций нефти. При этом постепенно падает первичная биологическая продуктивность водных объектов (Шамраев, Шорина, 2009). У нефти есть еще одно неприятное побочное свойство. Ее углеводороды способны растворять в себе ряд других загрязняющих веществ, таких, как пестициды, тяжелые металлы, которые вместе с нефтью концентрируются в приповерхностном слое и еще более отравляют его. Ароматическая фракция нефти содержит вещества мутагенной и канцерогенной природы, например бенз(о)пирен. Бенз(о)пирен активно циркулирует по пищевым экологическим цепочкам и попадает в пищу людей. Наибольшие количества нефти сосредоточены в тонком приповерхностном слое, играющем особенно важную роль для различных сторон жизни водных обитателей (Вишневецкий В.Ю., Вишневецкий Ю.М, 2009). Пестициды составляют группу искусственно созданных веществ, используемых для борьбы с вредителями и болезнями растений. Пестициды делятся на следующие группы: — инсектициды для борьбы с вредными насекомым; — фунгициды и бактерициды для борьбы с бактериальными болезнями растений; — гербициды против сорных растений. Установлено, что пестициды уничтожая вредителей, наносят вред многим полезным организмам и подрывают здоровье биоценозов. В сельском хозяйстве давно уже стоит проблема перехода от химических (загрязняющих среду) к биологическим (экологически чистым) методам борьбы с вредителями. В настоящее время более 15 млн.т. пестицидов поступает на мировой рынок. Около 11,5 млн.т. этих веществ уже вошло в состав наземных 8
9 и морских экосистем золовым и водным путем. Промышленное производство пестицидов сопровождается появлением большого количества побочных продуктов, загрязняющих сточные. В водной среде чаще других встречаются представители инсектицидов, фунгицидов и гербицидов (Баев, Шелманова, Максимюк, 2014). Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ). Детергенты (СПАВ) относятся к обширной группе веществ, понижающих поверхностное натяжение. Они входят в состав синтетических моющих средств (СМС), широко применяемых в быту и промышленности. Вместе со сточными водами СПАВ попадают в материковые и морскую среду. СМС содержат полифосфаты натрия, в которых растворены детергенты, а также ряд добавочных ингредиентов, токсичных для водных организмов: ароматизирующие вещества, отбеливающие реагенты (персульфаты, пербораты), кальцинированную соду, карбоксиметилцеллюлозу, силикаты натрия. В зависимости от природы и структуры гидрофильной части молекулы, СПАВ делятся на анионактивные, катионоактивные, амфотерные и неионогенные. Последние не образуют ионов в воде. Наиболее распространенными среди СПАВ, являются анионактивные вещества (АПАВ). На их долю приходится более 50% всех производимых в мире СПАВ. Присутствие АПАВ в сточных водах промышленности связано с использованием их в таких процессах, как флотационное обогащение руд, разделение продуктов химических технологий, получение полимеров, улучшение условий бурения нефтяных и газовых скважин, борьба с коррозией оборудования. В сельском хозяйстве АПАВ применяется в составе пестицидов (Локтионова, Болонина, Яковлева, 2012). Тяжелые металлы. Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк и другие) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, 9
10 содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Для водных биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий. В составе атмосферной пыли содержится около 112 тыс.т. ртути, причем значительная часть антропогенного происхождения. В реках, загрязняемых промышленными водами, концентрация ртути в растворе и взвесях сильно повышается. При этом некоторые бактерии переводят хлориды в высокотоксичную метилртуть. Накопленные благодаря биоаккумуляции в рыбе или в моллюсках соединения метилированной ртути представляют прямую угрозу жизни и здоровью людей. Свинец типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свинец активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйственной деятельности человека. Это поступление в окружающую среду с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Ртуть, кадмий, свинец, медь, цинк, хром, мышьяк и другие тяжелые металлы накапливаются в водных организмах, отравляя тем самым продукты питания и воду. Кроме этого нельзя забывать про биологическое, радиационное, тепловое загрязнение, которые также влияют на качество. Таким образом, эффекты антропогенного воздействия на водную среду проявляются на индивидуальном и популяционно-биоценотическом уровнях. Длительное действие загрязняющих веществ приводит к упрощению экосистемы, обеднению видового состава животного и растительного мира, а также росту заболеваемости населения и ухудшению качества жизни (Долотов, Гапеева, 2009). Гигиенические и технические требования к источникам водоснабжения и правила их выбора в интересах здоровья населения регламентируются ГОСТом «Источники централизованного хозяйственно-питьевого 10
11 водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора»; СанПиН «Требования к качеству нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников»; ГН «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водоснабжения» и др. Гигиенические требования к качеству питьевой централизованных систем питьевого водоснабжения указаны в санитарных правилах и нормах. Нормы устанавливаются для следующих параметров водоемов: содержание примесей и взвешенных частиц, привкус, цветность, мутность и температура, показатель рн, состав и концентрация минеральных примесей и растворенного в воде кислорода, ПДК в химических веществ и болезнетворных бактерий. ПДК в это максимально допустимое загрязнение водоемов, при котором сохраняется безопасность для здоровья человека и нормальные условия водопользования. С точки зрения последствий загрязнения водных источников особое внимание привлекают бытовые стоки. Природная вода, загрязненная сбросами коммунального хозяйства, совершенно непригодна для водоснабжения населения, так как содержащиеся в ней многие вещества отрицательно сказываются на здоровье людей и могут служить причиной различного рода инфекционных заболеваний. Через воду передаются такие заболевания, как паратифы, дизентерия, инфекционный вирусный гепатит, туляремия и др. Установлено, что при содержании в питьевой воде свыше 1 мг/л фтора разрушается зубная эмаль, что приводит к потере зубов. Как правило, загрязненная вода непригодна и для использования в промышленности, так как при ее употреблении нарушается нормальный ход технологического процесса, снижается качество продукции. Загрязнение поверхностных и подземных вод вызывает коррозию находящихся в воде бетонных и железобетонных конструкций, а также образование на них различных отложений. Это, в конечном счете, затрудняет и удорожает эксплуатацию сооружений. 11
12 Вредные последствия неудовлетворительного качества наблюдаются и при орошении сельскохозяйственных угодий: происходит засоление почвы, выщелачивание солей из нее, повышение кислотности, занос полей грубодисперсными и коллоидными веществами. Отрицательное влияние сброса сточных вод на рыбные запасы выражается в гибели не только рыб, но и многих кормовых организмов, в уничтожении нерестилищ. В итоге резко снижается продуктивность водоемов, сильно ухудшается состояние рыбоводства. Из приведенных примеров видно, что пресная вода, в больших количествах используемая человеком, нуждается в очень бережном отношении, в охране не только ее количества, но и качества (Банников, 1997) Способы очистки сточных вод Воды и стоки, которые загрязнены различными отбросами и отходами, называют сточными. По происхождению и составу классифицируют и различают бытовые, промышленные и атмосферные стоки. Бытовые это канализация, результаты жизнедеятельности человека; промышленные или производственные являются результатом деятельности предприятий. Атмосферные сточные это ливневая канализация, талые и дождевые, вода от полива. Сточные очищают с целью удалить из них загрязняющие вещества или разрушить их. В процессе очистки образуется загрязняющие вещества в виде твердого отхода, пригодного к захоронению или утилизации, и очищенная вода. Известны различные методы очищения, подразделить их можно на несколько категорий: механические; физико-химические (химические); биологические (Кривошеин, Кукин, Лапин и др., 2003). Метод очистки и состав очистных сооружений выбирают в зависимости 12
13 от требуемой степени очистки, состава загрязнений, пропускной способности очистной станции, грунтовых условий и мощности водного объекта с соответствующим технико-экономическим обоснованием. В настоящее время требования к степени очистки сточных вод повышаются. В связи с этим их подвергают дополнительной более глубокой очистке (доочистке). В процессе очистки предусматривают также обработку осадков сточных вод и обеззараживание сточных вод перед сбросом в водоем (Яковлев, Воронов, 2004; Сафонов, 2013) Механическая очистка сточных вод В результате механической очистки из сточной жидкости удаляются нерастворенные и частично коллоидные загрязнения. Крупные загрязнения (тряпки, бумага, остатки овощей и фруктов) задерживаются решетками и сита. Загрязнения минерального происхождения (песок, шлак и др.) улавливаются песколовками. Основная масса нерастворенных загрязнений органического происхождения задерживается в отстойниках (Яковлев, Карелин, Жуков и др., 1975). При этом частицы с удельным весом больше удельного веса сточной жидкости выпадают на дно, а частицы с меньшим удельным весом (специфические загрязнения: жиры, масла, нефть) всплывают, в зависимости от их характера применяют жироловки, нефтеловушки, масло- и смолоуловители и др. С помощью этих сооружений осуществляют очистку производственных сточных вод. Отстаивание основано на закономерностях осаждения твердых частиц в жидкости (Воронов, Яковлев, 2006). При этом может осуществляться свободное осаждение частиц, склонных к коагулированию в процессе осаждения и изменяющих при этом свою форму и размеры (Бабенков, 1977). Свободное осаждение наблюдается при концентрации частиц до 1% или 8 кг/м. Для обработки производственных сточных вод применяют также флотацию вводя в сточную жидкость воздух и пенообразующие вещества 13
14 (поверхностно-активные вещества, глинозем, животный клей и пр.). Всплывающие пузырьки воздуха и частицы пенообразующих веществ сорбируют загрязнения и поднимают их на поверхность жидкости в виде пены, которая непрерывно удаляется (Кочетов, Сажин, 2010). К сооружениям механической очистки относятся также септики, двухъярусные отстойники и осветлители-перегниватели, в которых осветляется жидкость и обрабатывается выпавший осадок. Для удаления из производственных сточных вод взвешенных веществ большого удельного веса используют гидроциклоны. При механической очистке задерживается не более 60% осаждающихся взвешенных веществ (обычно 30-50%). Более высокий эффект достигается путем применения различных способов интенсификации. Простая аэрация улучшает работу первичных отстойников на 5-8% (по задержанию взвешенных веществ и снижению БПК). Эффект снижения загрязнении по взвешенным веществам при биокоагуляции повышается примерно на 30%, а по БПК на 35%. Эффективность задержания взвешенных веществ в первичных отстойниках с преаэраторами повышается до 65-70%. БПК20 осветлённой понижается примерно на 15%. Биокоагулятор может успешно работать не только на активном иле аэротенков, но и на биоплёнке после биофильтров. В таком биокоагуляторе с регенератором задерживается 60-70% взвешенных веществ, а БПК 20 снижается на 50-55%. Механическую очистку как самостоятельный метод применяют в тех случаях, когда освобожденную от загрязнений воду используют повторно в производстве или по местным и санитарным условиям её можно сбросить в водоем (Ауланбергенов, Зубаиров, Колдеев и др., 2012) Физико-химические методы очистки сточных вод Физико-химические методы применяют главным образом для очистки производственных сточных вод, а очистку городских сточных вод, с учетом технико-экономических показателей, используют весьма редко. К методам 14
15 физико-химической очистки производственных сточных вод относятся: реагентная очистка, сорбция, экстракция, эвапорация, дегазация, ионный обмен, озонирование, электрофлотация, хлорирование, электродиализ и др. (Казанкапова 2013). Производственные сточные от технологических процессов очень часто содержат щелочи и кислоты. В большинстве кислых стоков содержатся растворимые соли тяжелых цветных металлов, которые необходимо выделять из сточных вод. С целью предупреждения коррозии материалов канализационных очистных сооружений, нарушения биохимических процессов в водоемах, а также осаждения из сточных вод солей тяжелых металлов кислые и щелочные стоки подвергают химической очистке. Химическая очистка может применяться как самостоятельный метод перед подачей производственных сточных вод в систему оборотного водоснабжения, а также перед спуском их в водоемы (Хенце, 2008). Иногда возникает задача удаления из сточных вод биогенных элементов азота и фосфора, которые, попадая в водоем, способствуют усиленному развитию водной растительности. Азот удаляют физико-химическими и биологическими методами, фосфор обычно удаляют химическим осаждением с применением солей железа и алюминия или извести. Применение химической очистки в ряде случаев целесообразно перед биологической или физико-химической очисткой. Основными методами физико-химической очистки производственных сточных вод являются нейтрализация и окисление. Кислые и щелочные сточные перед сбросом их в промышленную канализацию или водоемы должны быть нейтрализованы до достижения величины рн, равной 6,5-8,5. При нейтрализации сточных вод допускается смешение кислых и щелочных стоков для их взаимонейтрализации. Нейтрализация химическая реакция между кислотой и основанием. Нейтральными считаются сточные, имеющие рн = 6,5-8,5. Нейтрализации подвергаются сточные с рн 8,5. Большую опасность представляют кислые стоки, которых образуется гораздо больше, 15
16 чем щелочных. При химической очистке применяют следующие способы нейтрализации: взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод; нейтрализация реагентами; фильтрация через нейтрализующие материалы. Выбор способа нейтрализации зависит от многих факторов: вида и концентрации кислот загрязняющих промстоки, расхода и режима поступления отработанных вод на нейтрализацию, наличия реагентов, местных условий, в которых происходит очистка и т.д. (Новиков, Женихов, 2006). Режимы сброса сточных вод, содержащих кислоты и щелочи, как правило, различны. Кислые обычно сбрасываются в течение суток равномерно и имеют постоянную концентрацию, щелочные сбрасываются периодически по мере их накопления. В связи с этим для щелочных вод часто устраивают регулирующий резервуар, объем которого определяется суточным поступлением щелочных вод. Из этого резервуара щелочные равномерно ют в камеру реакции, где происходит взаимная нейтрализация (Ауланбергенов, Зубаиров, Колдеев и др., 2012) Биологическая очистка сточных вод Биологические методы очистки основаны на окислении органических веществ микроорганизмами. Микроорганизмы обладают целым рядом особых свойств, из которых можно выделить для целей очистки: способность потреблять в качестве источников питания самые разнообразные органические (и некоторые неорганические) соединения для получения энергии и обеспечения своего существования. Различают биологическую очистку сточных вод в искусственно созданных условиях (биологические фильтры и аэротенки) и в условиях, близких к естественным (поля фильтрации и биологические пруды). Для снижения концентрации органических загрязнений биологически очищенных сточных вод можно применять 16
17 сорбцию на активированных углях или химическое окисление озоном (Гудков, 2002). Чаще всего биологическую очистку сточных вод осуществляют в аэротенках, которые в отличие от естественных водоемов, характеризуется постоянной рециркуляцией активного ила, интенсивной принудительной аэрацией и перемешиванием, большой концентрацией активного ила и его большим контактом со сточной жидкостью и растворенным кислородом, низкой концентрацией очищаемого субстрата. Это позволяет во много раз увеличивать скорость изъятия загрязнений из сточной жидкости и вызывает смешение индикаторных организмов, характерных для начальных («грязных») и конечных («чистых») участков аэротенков. При этом в активном иле могут выжить лишь виды, приспособившиеся к перенесению циклически изменяющихся условий, в первую очередь условий питания, т. е. виды эврибионтные. Активный ил представляет собой сложную экосистему, в состав которой входит большое количество представителей микрофлоры и микрофауны. Основу активного ила в процессе очистки составляют бактерии в виде хлопьевидных скоплений зооглей. Также присутствуют нитчатые бактерии, гифы водных грибов, дрожжи, бесцветные жгутиконосцы, саркодовые и инфузории. При продленной аэрации, когда осуществляется глубокая очистка, появляются коловратки, водные черви, в небольших количествах некоторые другие многоклеточные беспозвоночные (тихоходки, водные клещи, гастротрихи). В нормально работающих активных илах можно встретить 60 и более различных видов организмов (Липеровская, 1977б; Голубовская, 1978). Основу взаимоотношений организмов в системе активного ила составляют пищевые связи (рис. 1). В отличие от природных экосистем в активном иле практически отсутствуют организмы с автотрофным типом питания, что объясняется недостатком света. Поэтому водоросли в аэротенках могут встречаться лишь в виде обрастаний на стенках сооружений на границе активного ила и воздуха и в толще над осевшим илом в периоды 17
18 прекращения аэрации (Биологические процессы, 1973; Кутикова, 1984). Рис. 1. Схема основных типов питания и пищевых взаимоотношений организмов активного ила (Кутикова, 1984) Большинство организмов активного ила облигатные гетеротрофы, в небольшом количестве присутствуют миксотрофы, способные при сильном понижении освещенности или при полном отсутствии света переходить от автотрофного питания к гетеротрофному. Начальные этапы очистки сточных вод осуществляются организмами, питающимися сапрозойно, т. е. путем поступления в тело жидкой органики, которая проникает через клеточную мембрану при помощи активного или пассивного транспорта. Такой тип питания характерен для бактерий, жгутиконосцев и некоторых инфузорий (Роговская, 1967; Sladecek, 1973). Среди бактерий преобладают представители родов Pseudomonas, Achromo 18
19 bacter и Flavobacterium. Каждый вид бактерий благодаря определенному набору ферментов специализируется на том или ином типе загрязнений (Гюнтер и др., 1974). По мере очистки происходит смена одних видов простейших другими, способными разлагать трудноокисляемые органические соединения. При начальной стадии созревания активного ила (пуск сооружений или изменение состава сточной ) появляются амебы и жгутиковые. По мере создания режима высоконагружаемого аэротенка начинают преобладать жгутиковые, затем появляются свободно плавающие инфузории, питающиеся отдельными бактериями, а при больших органических нагрузках доминируют организмы с сапрозойным способом питания. В ходе очистки снижается число бактерий, и в пищевой конкуренции побеждают прикрепленные к субстрату сидячие инфузории, которые характеризуются голозойным типом питания, с использованием твердой пищи других организмов или довольно крупных органических частиц (Роговская, 1967). Инфузорий с голозойным типом питания делят на бактериофагов и хищников. Среди бактериофагов в процессе очистки особо важная роль принадлежит седиментаторам, или осаждальщикам, которые имеют специальные приспособления для склеивания взвешенных частиц и одиночных бактерий, постоянно присутствующих в сточной жидкости. Седиментаторы выделяют большое количество слизи, способствующей слипанию пищи в крупные агрегаты. Это свойство седиментаторов имеет огромное значение на продвинутых этапах очистки, когда из сточной жидкости изъята основная масса растворенной органики и происходит осветление путем удаления из нее развившихся бактерий. К седиментаторам относятся как свободноплавающие (роды Paramecium, Colpidium, Glaucoma, Tetrachytnena, Stentor и др.), так и прикрепленные инфузории перитрихи (роды Vorticella, Carchesium, Epistylis, Zoothamnium, Opercularia). Перитрихи имеют особое значение при очистке от патогенных микроорганизмов. Свободноплавающие седиментаторы охотно 19
20 поедают прикрепленные бактерии, а прикрепленные инфузории питаются свободноплавающими бактериями (Small, 1973). Остальные представители данного уровня питания не выделяют липкой слизи, поглощают одиночные бактерии, соскабливают бактерии с поверхностных слоев зооглейных скоплений; условно их можно назвать глотателями. Группа эта сборная по систематическому составу, сюда относятся некоторые жгутиконосцы, представители равноресничных (роды Chilodonella, Colpoda, Trochilia) и спирально-ресничных инфузорий (роды Aspisisca, Oxytriclia, Opistotricha и некоторые другие), а также ряд многоклеточных беспозвоночных (нематоды, некоторые виды малощетинковых червей, бактериядные коловратки вертикаторы). Хищники могут быть неспециализированными (инфузории родов Euplotes и Didinium) и специализированные (сосущие инфузории родов Tokophria, Podophria, Acineta и др.). Вторая группа инфузорий, убивающие или парализующие добычу из родов Hemiophris, Litonotus, Amphileptus. В системе активоного ила встречаются организмы сопровождающиеся детритофагией. Такой тип питания свойствен хищным коловраткам, хищным малощетинковым червям, тихоходкам и другим многоклеточных беспозвоночных, имеющим развитую пищеварительную систему. По мере перехода от более низких к более высоким уровням питания численность и биомасса организмов активного ила, как обычно в пищевых пирамидах, сокращаются. Кроме того, численность организмов зависит от наличия пригодной пищи и конкуренции за нее между видами Абиотические факторы (сезонные и технологические) значительно осложняют картину соотношения численности организмов активного ила (Кутикова 1984, Роговская 1967). Глубока очистка. Глубокая очистка сточных вод может потребоваться, если в сточной воде после полной биологической очистки перед сбросом в водоем необходимо снизить концентрацию взвешенных веществ, величину показателей БПК, ХПК и др. Для дезинфекции очищенных сточных вод чаше 20
21 всего применяют хлорирование. В настоящее время требования к степени очистки сточных вод повышаются, в связи с чем их подвергают доочистке. Для этого применяют песчаные фильтры, контактные осветлители, микрофильтры, биологические пруды. При глубокой очистке сточных вод, главным образом, от взвешенных веществ используются фильтры различных конструкций. Для глубокой очистки от растворенных органических веществ применяют сорбционные, биосорбционные, озонаторные и другие установки. Глубокая очистка от соединений азота и фосфора может осуществляться физико-химическими и биологическими методами (Репин, Русина, Афанасьева, 1999). Дезинфекция сточных вод является заключительным этапом их обработки перед сбросом в водоем. Цель дезинфекции уничтожение патогенных микроорганизмов, содержащихся в сточной воде. Наибольшее распространение получил способ дезинфекции путем введения в воду газообразного хлора. Возможно обеззараживание сточных вод озоном, используя бактерицидные ультрафиолетовые лампы. Технология очистки сточных вод в настоящее время развивается в направлении интенсификации процессов биологической очистки, проведения последовательно процессов биологической и физико-химической очистки в целях возможности повторного использования глубоко очищенных сточных вод на промышленных предприятиях. Накапливаемые в очистных сооружениях большие массы осадка обрабатывают не только в септиках, двухъярусных отстойниках и осветлителях перегнивателях, но и в метантенках. Септики, двухъярусные отстойники и осветлители-перегниватели предназначены для осветления сточной жидкости и сбраживания осадка. Метантенки служат только для сбраживания осадка (Пааль, Кару, Мельдер, 1994). Обработка осадков сточных вод, образующихся в процессах очищенных, заключается в снижении их влажности и уменьшении объема, в процecсe обработки осадки обеззараживаются. Загрязнения, задерживаемые решетками, вывозят с территорий станций очистки, либо дробятся и обрабатываются 21
22 совместно с осадками из отстойников. Песок из песколовок обезвоживается на песковых площадках а также вывозится или отмывается от органических загрязнений, подсушивается и используется в планировочных работах. Осадок из первичных отстойников и уплотненный осадок из вторичных отстойников (активный ил, который обладает высокой влажностью, плохо отдает воду и опасен в санитарном отношении) направляются в метантенки герметичные резервуары, в которых под действием анаэробных микроорганизмов минерализуются органические вещества. Вместо метантенков применяется метод анаэробной стабилизации, сущность которой состоит в продувке осадка в течение длительного времени воздухом в сооружениях, устраиваемых по типу аэротенков. Сбраживаемый в метантенках осадок хорошо отдает воду, менее опасен в санитарном отношении и содержит в значительных количествах азот, фосфор и калий, т.е. является хорошим удобрением. Для обезвоживания его используют иловые площадки, вакуум-фильтры, центрифуги, фильтр-прессы. Нередко осадок, обезвоженный на вакуумфильтрах, подвергают термической сушке. Некоторые виды осадков производственных сточных вод, содержащие вредные загрязнения, после предварительной подсушки сжигают. При сжигании полностью окисляются органические вещества осадков и образуется стерильный остаток зола (Ауланбергенов, Зубаиров, Колдеев и др., 2012; Гаврилюк, 2012). 22
23 ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 2.1. Схема коммунально-очистных сооружений г. Барнаула Очистные сооружения инженерно-технические конструкции и приспособления для очистки промышленных, сельскохозяйственных и коммунально-бытовых отбросов, загрязняющих природную среду. Коммунально-очистные сооружения (КОС), как правило, состоят из приемной камеры, здания решеток (Ксенофонтов, 1991), песколовок, водоизмерительных лотков Вентури (Тавастшерна, 2012). Полная очистка сточных вод происходит в 5 стадий: механическая очистка биологическая очистка сооружения для обеззараживания стоков сооружения для обработки осадка выпуск в р. Обь. Решетки, песколовки, первичные отстойники относятся к сооружениям механической очистки. К сооружениям биологической очистки относятся аэротенки и вторичные отстойники. К сооружениям обеззараживание стоков относятся контактные резервуары (Кунахович, 2012; Гогина, 2013). Механическая очистка. Сточная вода по коллектору поступает в приемную камеру очистных сооружений (рис. 2). Приемная камера соединена со зданием решеток монолитными ж/б лотками. Рис. 2. Приёмная камера (КОС-2) 23
24 Из приемной камеры по лоткам сточные подаются в каналы под зданием решеток. Каналы имеют по паре решеток с прозорами 16 мм, где задерживаются крупные отбросы. Снятые отбросы поступают в контейнеры и по мере накопления вывозятся на свалку. Для удаления минеральных примесей из сточных вод служат горизонтальные, аэрируемые песколовки с гидравлическим удалением песка (Технологический регламент КОС-1. 2011). Непрерывная аэрация потока придает ему вращательное движение, которое способствует отмывке от песка органических веществ и исключает выпадение их в осадок. В качестве аэратора использованы дырчатые трубы, установленные вдоль стен песколовок. Под аэраторами расположен лоток для сбора и транспортировки осевшего песка в бункер, который размещен в передней части песколовки, имеющий форму перевернутой усеченной пирамиды. Посередине лотка уложен смывной трубопровод (система гидросмыва песка) в которые подается техническая вода (Технологический регламент КОС-2. 2011). Посредством системы гидросмыва песок с днища песколовок смывается в приямок, а затем гидроэлеватором удаляется на песковые площадки. Для смыва песка и для работы гидроэлеваторов используется техническая вода. Удаление песка из песколовок производится 1 раз в смену, т.е. 2 раза в сутки. Продолжительность удаления песка зависит от его количества, задержанного в песколовке. Гидравлическая крупность песка — 15,8 мм/сек. Зольность песка не менее 70%. Количество песка — 2,5 3 м 3 /сут. Задержанный в песколовках песок поступает для обезвоживания на песковые площадки. Песковые площадки на естественном основании, оборудованы дренажными колодцами по одному на каждой карте. Попадая на пескокарту, песок отдает воду, вода скатывается в дренажный колодец, далее по дренажному трубопроводу попадает в приемную камеру хозбытовых стоков. Чистка песковых площадок и вывозка песка производится 1 раз в год в 24
25 летнее время. Сточная вода после песколовок по двум лоткам подается к блоку емкостей. На расстоянии 15 м от песколовок размещены водоизмерительные лотки Вентури (рис. 3) в комплекте с приборами: дифманометры установленные в колодцах при лотках, самописцы установленные в здании решеток, посредством которых ведется учет расхода стоков. Приборы установлены в здании решеток. Рис. 3. Водоизмерительный лоток Вентури (КОС-2) Распределительная камера принята конструктивно с учетом развития на перспективу. Распределение сточных вод по секциям предусматривается водосливами с широким порогом. На очистных сооружениях приняты горизонтальные отстойники, снабженные преаэраторами, предназначенные для окисления трудноокисляемых загрязнений. В преаэратор подается избыточный активный ил, который смешивается со сточными водами, для лучшего перемешивания и предотвращения оседания взвешенных веществ осуществляется непрерывная аэрация. С помощью избыточного активного ила, транспортируемого из вторичных отстойников, в преаэраторах происходят биокоагуляционные 25
26 процессы, которые приводят к снятию загрязнений по взвешенным веществам и БПК пол на 10-20%. Количество воздуха (при норме СНиП П ,5м 3 /м 3 ) равно 1445 м 3 /ч для одного преаэратора. Сточная жидкость из преаэраторов через окна поступает в горизонтальные первичные отстойники. Первичные отстойники предназначены для выделения из сточных вод нерастворенных веществ, находящихся во взвешенном состоянии (70-80% органического и 20-25% минерального происхождения) Эффект очистки по БПК преаэратора и первичного отстойника составляет 20-25%. Для сбора выпавшего осадка в приямки первичные отстойники снабжены скребковыми механизмами. Скребок при движении от распределительного канала к преаэратору опускается и сдвигает осадок к приямкам, при движении в обратную сторону поднимается. Осадок представляет собой смесь избыточного активного ила и сырого осадка в соотношении 50/50. Приямки расположены в торцевой части отстойников у преаэраторов, имеют форму усеченной перевернутой пирамиды. Из приямков осадок удаляется 2 раза в сутки. По трубопроводу осадок транспортируется в бак сырого осадка, далее насосами осадок подается через метантенки на иловые площадки. При влажности 96% количество сырого осадка составляет 600 м 3 /сут или 24 т по сухому веществу. Количество взвешенных веществ в осветленной воде после первичных отстойников мг/л, БПК мг/л. Эффект отстаивания до 55%. Плавающие вещества и жир с поверхности жидкости отстойников удаляются с помощью жиросборника, представляющего собой трубу с вырезанной ¼ (4-я четверть), откачка жира происходит по принципу эрлифта по мере его накопления. Он транспортируется аналогично сырому осадку по трубопроводу. Сбор осветленной осуществляется посредством железных лотков в распределительный канал, находящийся после первичных отстойников. Биологическая очистка сточных вод. Распределительный канал служит 26
27 для распределения стоков по аэротенкам. Для предотвращения оседания взвешенных веществ осуществляется непрерывная аэрация аэрационной системой из дырчатых труб. Из распредканала сточная жидкость по двум лоткам, снабженным щитовыми затворами, поступает в четырехкоридорные аэротенки-смесители, объемом 14900м 3 (аэротенк 3 объемом 13250м 3 ), с регенераторами. Под регенераторы отводится 20-25% объема аэротенка. В аэротенках происходит смешивание сточной и активного ила и насыщение смеси кислородом воздуха. Активный ил состоит из хлопьев, густо заселенных микроорганизмами, которые в присутствии кислорода воздуха способны осуществлять минерализацию органических загрязнений сточных вод [3]. Успех биологической очистки сточных вод зависит от постоянного перемешивания с активным илом и непрерывной аэрацией на всем протяжении аэротенков (рис. 4). Рис. 4. Аэротенк (КОС-1) Воздух в аэротенки подается от воздуходувных агрегатов. К каждому аэротенку подходят 2 трубопровода и от этих трубопроводов отводятся трубы по всей длине аэротенка. Продолжительность окисления 5,25 ч. регенерации 3,05 ч. Прирост активного ила 156 мг/л. Концентрация растворенного кислорода составляет 27
28 2 мг/л. Средняя доза ила в регенераторе до 4 г/л, аэротенке 1,5 г/л. Количество избыточного активного ила по сухому веществу составляет 29,64 т/сут. Смешанные с активным илом стоки подаются во вторичные отстойники, где происходит разделение на две фракции очищенную воду и активный ил. На очистных сооружениях приняты горизонтальные отстойники, снабженные скребковыми механизмами, для сбора в приямки активного ила со дна отстойников. Из приямков активный ил эрлифтами подается в аэротенки на регенерацию. Избыточный ил насосами в преаэратор и вместе с сырым осадком на дальнейшую обработку. Воздух на эрлифты подается от общей распределительной сети. Для сбора очищенной устроены металлические лотки с зубчатым переливом. Сооружения для обеззараживания стоков. Обеззараживание сточных вод осуществляется жидким хлором. Для этого предназначен контактный канал, куда подается очищенная сточная вода и хлорная вода. Хлорная вода поступает в контактный канал из здания хлораторной. К каналам подходят полиэтиленовые трубопро хлорной. Точки ввода хлорной в месте поворота контактного канала и напротив центров вторичных отстойников. Перемешивание хлорной и очищенных стоков осуществляется воздухом через дырчатые трубы, время нахождения стоков в контактных каналах 0,5 часа. Доза активного хлора 3 г/м 3, при остаточном хлоре 1,5 г/м 3. Расход хлора на 190,0 тыс.м 3 /сут стоков 570 кг/сут. Обезвоживание и вывоз осадка. Сырой осадок подается на иловые площадки (рис. 5), где подвергается обезвоживанию и минерализации. Иловые площадки каскадного типа (15 шт.) приняты с отстаиванием и поверхностным удалением. Количество каскадов 3 шт., по 5 карт в каждом. На каждой карте предусмотрено устройство двух дренажных колодцев для сбора, отвода иловой и регулировки уровня. К колодцам проложены лотки размерами. Подача сырого осадка предусмотрена на два верхних каскада. Полезная площадь десяти карт, непосредственно на 28
29 которые подается осадок, составляет 20 га. Отвод возвратной иловой производится с пяти нижних карт посредством асбестоцементной трубы. Рис. 5. Иловые карты (КОС-2) Иловая вода с иловых площадок собирается дренажной системой к иловой насосной станции 1-го подъема, оборудованной двумя насосами и далее через насосную станцию 2-го подъема, оборудованной двумя насосами иловая вода с площадок подается в распределительную камеру очистных сооружений. Количество сырого осадка и избыточного активного ила по сухому веществу составляет 24, ,64 = 54,4 т/сут. На иловые площадки транспортируется до 54,4 т/сут иловой смеси по сухому веществу, т.е т в год. Чтобы содержать иловые площадки в рабочем состоянии требуется ежегодно вывозить с иловых площадок не менее 15 тыс.м 3 обезвоженного и частично минерализованного осадка. Выпуск стоков в реку Обь. В соответствии с расчетом необходимой степени очистки сточных вод устроен рассеивающий выпуск с насадками активного действия, обеспечивающими начальное разбавление равное 19 за счет энергии сточного потока, Выпуск очищенных стоков производится по двум ниткам, длиной 3113 м, подводная часть 250 м, активная 93,6 м с двадцатью насадками. Конечным продуктом технологического процесса на очистных сооружениях канализации являются очищенные стоки. 29
30 2.2. Материалы исследования Для оценки уровня эффективности очистки сточных вод на коммунально-очистных сооружениях г. Барнаула проводился отбор проб в приемной камере, песколовках, первичном отстойнике, аэротенках, аэробных минерализаторах, вторичном отстойнике. В приемной камере очистных сооружений отбирались пробы для измерения таких показателей, как температура, цвет, запах, содержание нефтепродуктов, БПК, рн, степень прозрачности (1 2 раза в день); количество взвешенных веществ (1 раз в день). Количество ионов аммония, нитрат ионов, нитрит ионов, железа, хлоридов, ХПК (2 раза в неделю). В песколовках отбирались пробы для измерения таких показателей, как температура, цвет, запах, рн, степень прозрачности (1 раз в день). В первичном отстойнике производили измерения такие, как: температура, цвет, запах, рн, степень прозрачности (2 раза в день); количество взвешенных веществ (1 раз в день). В аэротенках отбирались пробы для измерения температуры, микроскопии иловой жидкости (1 раз в день), рн (3 раза в день), количество растворенного кислорода (2 раза в неделю). В аэробных минерализаторах отбирались пробы для измерения влажности, зольности, рн, температуры, которые определялись 1 раз в месяц. Во вторичном отстойнике производились различные измерения: температура, содержание нефтепродуктов, цвет, запах, БПК, рн, степень прозрачности 2 раза вдень; количество взвешенных веществ 1 раз в день. Содержание ионов аммония, нитрат ионов, нитрит ионов, железа, хлоридов, ХПК, сульфатов измерялись 2 раза в неделю Методы исследования Для оценки уровня загрязнения сточных вод нами в лабораторных условиях измерялись следующие органолептические и физико-химические показатели: рн, содержание взвешенных веществ, примесей, биохимическая 30
31 потребность в кислороде (БПК), а также массовые концентрации нитрит ионов, нитрат ионов и ионов аммония. Методика выполнения измерений рн в водах потенциометрическим методом. Анализируемую пробу объемом 30 см 3 помещают в химический стакан вместимостью 50 см 3. Электроды промывают дистиллированной водой, обмывают исследуемой водой, погружают в стакан с анализируемой пробой. При этом шарик стеклянного измерительного электрода необходимо полностью погрузить в раствор, а солевой контакт вспомогательного электрода должен быть погружен на глубину 5-6 мм. Отсчет величины рн по шкале прибора проводят, когда показания прибора не будут изменяться более чем на 0,2 единицы рн в течение одной минуты, через минуту измерение повторяют, если значения рн отличаются не более чем на 0,2, то за результат анализа принимают среднее арифметическое значение. После измерений электроды ополаскивают дистиллированной водой и протирают фильтровальной бумагой или мягкой тканью. Методика выполнения измерения содержания взвешенных веществ и общего содержания примесей в пробах природных и сточных вод гравиметрическим методом. Выполнение измерений взвешенных веществ с использованием мембранного фильтра. Подготовленный и взвешенный мембранный фильтр закрепляют в устройстве для фильтрования. Тщательно перемешивают пробу и сразу же отмеривают цилиндром необходимый для анализа объем. Последний зависит от количества взвешенных веществ. Масса осадка взвешенных веществ на фильтре должна быть не менее 2 мг и не более 200 мг. Пропускают воду через фильтр, добавляя ее порциями из цилиндра. Приставший к стенкам воронки для фильтрования осадок смывают на мембранный фильтр порцией фильтрата. По окончании фильтрования фильтр с осадком дважды промывают охлажденной дистиллированной водой порциями не более 10 см 3, извлекают пинцетом из устройства для фильтрования, помещают в тот же бюкс, 31
32 подсушивают сначала на воздухе, а затем в сушильном шкафу при 105 C в течение часа, после чего взвешивают. Повторяют процедуру сушки до тех пор, пока разница между взвешиваниями будет не более 0,5 мг при массе осадка менее 50 мг и 1 мг при массе более 50 мг. Содержание взвешенных веществ рассчитывали по формуле: С ( m m ) 1000 фо ф х, (1) V где С х содержание взвешенных веществ (мг/дм 3 ), m фо масса бюкса с мембранным или бумажным фильтром с осадком взвешенных веществ (г), m ф масса бюкса с мембранным или бумажным фильтром без осадка (г), V объем профильтрованной пробы (дм 3 ). Выполнение измерений общего содержания примесей. Чашки для упаривания помещают на водяную баню, заполненную дистиллированной водой, в них постепенно приливают тщательно перемешанный отмеренный объем анализируемой, содержащий от 10 до 250 мг примесей, и упаривают до объема 5-10 см 3. Упаренную пробу количественно переносят в тигель, промывая чашку 2-3 раза дистиллированной водой порциями по 4-5 см 3. Упаривают пробу в тигле досуха. После выпаривания дно тигля для удаления загрязнения обтирают фильтровальной бумагой, смоченной раствором соляной кислоты, и ополаскивают дистиллированной водой. Тигли переносят в сушильный шкаф, сушат при 105 С в течение 2 ч, охлаждают в эксикаторе, закрывают крышками и взвешивают. Повторяют процедуру сушки и взвешивания до тех пор, пока разница между взвешиваниями не будет менее 0,5 мг. Общее содержание примесей рассчитывали по формуле: ( m2 m 1000 х 1), (2) V где х общее содержание примесей (мг/дм 3 ), m 1 масса тигля (г), m 2 32
33 масса тигля с высушенным остатком (г), V объем пробы, взятой для упаривания (дм 3 ). Методика выполнения измерений биохимической потребности в кислороде после n-дней инкубации в поверхностных пресных, подземных, питьевых сточных вод. Основные условия для получения достоверных результатов биохимического потребления кислорода инкубация пробы при постоянной температуре 20 С без доступа воздуха и света. Кроме основных условий при определении необходимо соблюдать следующие правила: проба должна быть насыщена вначале опыта кислородом (около 8 мг/дм 3 при температуре 20 С); потребление кислорода во время инкубационного периода должно быть около 50 % (минимальное потребление 2 мг/дм 3 ); остаточная концентрация кислорода после срока инкубации должна быть не менее 3 мг/дм 3. Определение биохимической потребности в кислороде (БПК) основано, на способности микроорганизмов потреблять, растворенный кислород при биохимическом окислении органических и неорганических веществ в воде. Метод заключается в разбавлении исследуемой пробы различными объемами специально приготовленной разбавляющей с большим содержанием растворенного кислорода, зараженной аэробными микроорганизмами, с добавками, подавляющими нитрификацию. Уменьшение содержания кислорода за определенный период инкубации в темном месте, при контрольной температуре, в герметически закрытой пробкой склянке, обусловлено протекающими в аэробных условиях бактериальными биохимическими процессами, которые приводят к минерализации органического вещества. После измерения концентрации растворенного кислорода до и после инкубационного периода рассчитывается масса кислорода, поглощенного из одного дм 3. Величина уменьшения 33
34 кислорода в склянке, умноженная на степень разведения, дает численную величину БПК, выраженную в мг /дм 3. Относительно чистые речные и очищенные сточные можно исследовать без разбавления. Исследуемую воду наливали в бутыль не более чем на 2/3 объема, устанавливали температуру 20 0 С и сильно встряхивали для насыщения кислородом до 8 мг/дм 3. После этого сифоном исследуемой водой заполняли, слегка переполняя, необходимое количество кислородных колб. При определении БПК 5 наполняется 6 колб, при определении БПК полн 16. Наполненные кислородные колбы закрывали пробкой так, чтобы внутри не оставалось пузырьков воздуха. В двух кислородных колбах тотчас же (не более 15 мин) определяли кислород. Остальные колбы с испытуемой водой помещали в термостат. Кислородные колбы хранят в темноте в течение необходимого времени инкубации (при определении БПК 5 в течение 5 суток, а при определении БПК полн до появления в пробе нитритов 0,1 мг/дм 3 ). Через 2,5,7,10,15,20 и 25 суток от начала инкубации вынимали из термостата по две колбы с испытуемой водой и определяли в них растворенный кислород. Расчет БПК при определении без разбавления проб рассчитывали по формуле: Х С х С, (3) 1 х2 где Х биохимическая потребность в кислороде (мг/дм 3 ), С х1 содержание растворенного кислорода до инкубации (мг/дм 3 ), С х2 содержание растворенного кислорода после инкубации (мг/дм 3 ). Для загрязненных речных и сточных вод требуется предварительное разбавление пробы. Определение производили в разбавленной пробе по разности содержания кислорода до, и после инкубации в стандартных условиях. Пробы берут в двух и более разбавлениях. В мерную колбу вместимостью 1 дм 3 наливали хорошо перемешанную испытуемую жидкость, отбирали пипеткой определенный объем и вносили в другую колбу. Затем 34
35 доливали до метки разбавляющей водой и хорошо перемешивали; полученную смесь сифоном, опущенным до дна колбы, наливали в 6 (если определяют БПК 5 ) или 16 (если определяют БПК полн ) кислородные колбы объемом 250 см 3, закрывали пробкой, следя за тем, чтобы внутри не осталось пузырьков воздуха. В первых двух кислородных колбах немедленно определяли кислород. Все остальные колбы (4 при определении БПК 5 и при определении БПК полн ) помещали в термостат при 20 0 С для инкубации. Через 2, 5, 7, 10, 15, 20, и 25 суток начала инкубации вынимали из термостата по две колбы с испытуемой водой, определяли в них растворенный кислород. Если в пробе начался процесс нитрификации, что определяют по образованию нитритов в концентрации, превышающей, 0,1 мг/дм 3 определение БПК полн, считают законченным. Расчет БПК при определении с разбавлением пробы рассчитывали по формуле: Х С С ) ( С C N, (4) ( х 1 х2 y y2) 1 где Х БПК (мг/дм 3 ), С х1 содержание растворенного кислорода в исследуемой воде до инкубации (мг/дм 3 ), С х2 содержание растворенного кислорода в исследуемой воде после инкубации (мг/дм 3 ), С y1 содержание растворенного кислорода в разбавляющей воде до инкубации (мг/дм 3 ), С y2 содержание растворенного кислорода в разбавляющей воде после инкубации (мг/дм 3 ), N величина разбавления. Методика выполнения измерений массовой концентрации нитритионов в природных и сточных водах фотометрическим методом с реактивом Грисса. Анализируемую воду нейтрализуют до рн = 7, и, если появится осадок или муть, фильтруют через мембранный фильтр 1 (разбавление учитывают при расчете результата определения). В коническую колбу вместимостью 100 см 3 помещают 50 см 3 анализируемой (или фильтрата после отделения осадка, или меньший объем, но разбавленный до 50 см 3 дистиллированной водой). В отобранном объеме должно содержаться не более 60 мкг NO 2-. Прибавляют 1,0 см 3 35
36 раствора сульфаниловой кислоты и тщательно перемешивают. Дают постоять 5 мин, затем приливают 1,0 см 3 раствора α-нафтиламина и 1,0 см 3 ацетата натрия (раствор ацетата натрия добавляется лишь в том случае, если раствор α-нафтиламина готовят с добавлением соляной кислоты) или добавляют 2,0 см 3 готового реактива Грисса, смесь перемешивают. Через 40 минут определяют его оптическую плотность при α = 520 нм.) Одновременно проводят холостой опыт с 50 см 3 дистиллированной и полученный в холостом опыте раствор используют в качестве сравнительного раствора при измерении оптической плотности. Результат определения находят по градуировочному графику. Методика выполнения измерений массовой концентрации нитратионов в природных и сточных водах фотометрическим методом с салициловой кислотой. Освобождение от мешающих влияний: 1. Взвешенные, окрашеные органические вещества. Железо (>5 мг/дм 3 ). К 150 см 3 пробы добавить 3 см 3 гидроксида алюминия, пробу перемешивают, дают отстояться и фильтруют через фильтр «белая лента», отбрасывая первую порцию фильтрата. 2. Хлориды, (> 200 мг/дм 3 ). В ходе анализа добавляют сернокислое серебро в количестве, эквивалентном содержанию хлорид-иона. Осадок хлорида серебра отфильтровывают через фильтр «белая лента». 3. Нитраты, (> 2 мг/дм 3 ). К 20 см 3 пробы добавляют 0,05 г сернокислого аммония и упаривают досуха на водяной бане, доводят до первоначального объема дистиллированной водой. Приготовление рабочего раствора нитрат-ионов. 10,0 см 3 основного раствора нитрат-ионов переносят в мерную колбу на 100 см 3 и доводят до метки дистиллированной водой. 1 см 3 раствора содержит 0,01 мг нитрат-ионов. Раствор готовят в день проведения анализа. Приготовление раствора гидроксида натрия и сегнетовой соли. 36
37 400 г гидроксида натрия и 60 г сегнетовой соли помещают в стакан вместимостью 1000 см 3, растворяют в 500 см 3 дистиллированной, охлаждают, переносят в мерную колбу вместимостью 1000 см 3 (и доводят до метки дистиллированной водой). Приготовление раствора салициловой кислоты. Навеску (1,0 г) салициловой кислоты помещают в стакан вместимостью 100 см 3, растворяют в 50 см 3 этилового спирта, переносят в мерную колбу вместимостью 100 см 3, доводят до метки этиловым спиртом. Раствор готовят в день использования. Приготовление раствора натрия салициловокислого, 0,5 %-ного. Навеску (0,5 г) натрия салициловокислого растворяют в 100 см 3 дистиллированной. Раствор готовят в день использования. Приготовление раствора суспензии гидроксида алюминия. 125 г алюмоаммонийных или алюмокалиевых квасцов растворяют в 1 дм 3 дистиллированной, раствор нагревают до 60 С и медленно при непрерывном перемешивании прибавляют 55 см 3 концентрированного раствора аммиака. Дают смеси отстояться около 1 часа, фильтруют и промывают осадок гидроксида алюминия многократной декантацией дистиллированной водой до полного удаления свободного аммиака. Приготовление градуировочных растворов В ряд колориметрических пробирок на 10 см 3 отбирают последовательно пипеткой 0,1; 0,5; 1,0; 2,0; 4,0; 6,0; 10,0 см 3 рабочего раствора нитрат-иона (0,01 мг/см 3 ) и доводят дистиллированной водой до метки. Содержание нитрат-ионов в растворах соответственно равно 0,1; 0,5; 1,0; 2,0; 4,0; 6,0; 10,0 мг/дм 3 ). Растворы переносят в фарфоровые чашки, добавляют 2 см 3 раствора салициловой кислоты (или 2 см 3 раствора натрия салициловокислого) и выпаривают в фарфоровой чашке на водяной бане досуха. После охлаждения сухой остаток смешивают с 2 см 3 серной кислоты и оставляют на 10 мин. Затем содержимое чашки разбавляют см 3 дистиллированной, 37
38 приливают приблизительно 15 см 3 раствора гидроксида натрия и сегнетовой соли, переносят в мерную колбу вместимостью 50 см 3, смывая стенки чашки дистиллированной водой, охлаждают колбу в холодной воде до комнатной температуры, доводят дистиллированной водой до метки и полученный окрашенный раствор сразу фотометрируют при α= 410 нм в кюветах с толщиной поглощающего слоя 20 мм. Одновременно с обработкой градуировочных растворов проводят «холостой опыт» с дистиллированной водой, который используют в качестве раствора сравнения. Градуировочный график строят методом наименьших квадратов в координатах: А — оптическая плотность; С — концентрация нитрат-ионов в градуировочном растворе (мг/дм 3 ). Методика выполнения измерений массовой концентрации аммиака и ионов аммония в сточных и природных водах фотометрическим методом с реактивом Несслера. Выполнение измерений в диапазоне измерения концентраций аммонийного азота от 0,050 до 0,300 мг/дм 3. Помещают 150 см 3 анализируемой в перегонную колбу, добавляют 30 см 3 фосфатного буферного раствора и кипятильные камешки. Соединяют элементы установки и отгоняют пробу в плоскодонную колбуприемник вместимостью 100 см 3, содержащую 5 см 3 раствора серной кислоты, 0,1 моль/дм 3, до объема примерно 90 см 3 (на колбе должна быть сделана соответствующая метка). Если проба была законсервирована серной кислотой, ее следует предварительно нейтрализовать до ph 7-8 по универсальной индикаторной бумаге с помощью раствора NaOH, 6 моль/дм 3. При отгонке выходной отросток аллонжа (или холодильника при использовании вертикальной установки с каплеуловителем КО-14/23-100) должен быть погружен в раствор серной кислоты. При необходимости его можно удлинить с помощью стеклянной трубки, пристыкованной к аллонжу или холодильнику коротким отрезком резиновой трубки, или с помощью полипропиленовой (тефлоновой) трубки. По мере увеличения объема отгона колбу-приемник следует опускать, так, чтобы отросток аллонжа бы погружен 38
39 в жидкость на 1-1,5 см. После отгонки пробу из колбы-приемника переносят в мерную колбу вместимостью 100 см 3, промывают трубку холодильника и колбу-приемник небольшим количеством безаммиачной и присоединяют промывную воду к пробе. Доводят раствор в колбе до метки безаммиачной водой и перемешивают. Далее отбирают 50 см 3 отгона в сухую коническую колбу вместимостью 100 см 3, добавляют 1,0 см 3 градуировочного раствора 2, перемешивают, приливают 1 см 3 раствора сегнетовой соли, перемешивают, затем добавляют 1 см 3 реактива Несслера и опять хорошо перемешивают. Через 10 мин измеряют оптическую плотность раствора при длине волны нм в кювете с толщиной поглощающего слоя 5 см относительно дистиллированной. Перед анализом проб аналогичным образом выполняют измерения двух холостых проб, в качестве которых используют 150 см 3 безаммиачной. Среднее значение оптической плотности холостого опыта вычитают из оптической плотности проб. Выполнение измерений в диапазоне измерения концентраций аммонийного азота от 0,3 до 4,0 мг/дм 3 без отгонки. Отмеряют цилиндром 50 см 3 отфильтрованной анализируемой, помещают ее в сухую коническую колбу вместимостью 100 см 3, приливают 1 см 3 раствора сегнетовой соли, перемешивают, затем добавляют 1 см 3 реактива Несслера и опять хорошо перемешивают. Через 10 мин измеряют оптическую плотность раствора при длине волны 440 нм в кювете с толщиной поглощающего слоя 2 см относительно дистиллированной. Если анализируемая вода была законсервирована серной кислотой, после добавления раствора сегнетовой соли следует добавить 2 капли раствора NaOH 6 моль/дм 3. Одновременно с серией проб анализируемой проводят измерение оптической плотности холостой пробы, в качестве которой берут 50 см 3 безаммиачной. Оптическую плотность холостой пробы вычитают из оптической плотности анализируемых проб. Если массовая концентрация 39
40 аммонийного азота в анализируемой воде превышает 4,0 мг/дм 3, повторяют измерение, предварительно разбавив исходную пробу. Для этого отбирают пипеткой от 5 до 25 см 3 анализируемой, помещают ее в мерную колбу вместимостью 50 см 3, доводят до метки безаммиачной водой и перемешивают. Концентрация аммонийного азота в разбавленной пробе должна находиться в пределах от 1 до 4 мг/дм 3. Анализ активного ила. Помимо органолептических и физикохимических показателей нами был проанализирован видовой состав активного ила. Общие свойства активного ила определяли визуально при просмотре в стакане или стеклянном цилиндре (объем 100 мл). Учитывали следующие показатели: скорость оседания хлопка (быстро, медленно); цвет (бурый, рыжеватый, черный, белесый и т. д.); характер над осевшим илом (прозрачная, мутная, окрашенная, опалесцирующая); запах (гнилостный, сероводородный, характерный для определенных химических веществ); состояние ила, например его вспухание при отстаивании. В зависимости от характера загрязнений включали в описание и другие показатели (например, следы нефти, пена от синтетических моющих средств и др.) (Шиллабер,1951; Ошанин, Танасийчук, 1973; Блейкер, 1980; Иванов и др.,1981). 40
41 ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ КОММУНАЛЬНЫХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ Г. БАРНАУЛА 3.1. Оценка работы КОС-1 и КОС-2 по физико-химическим показателям Водородный показатель (рн) 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 (Алехина, Лебедева, 2012). За исследуемый период с 2005 по 2011 гг. наблюдалось изменение показателя рн р. Обь в районе КОС-1 от 7,04 до 10,03 при этом варьирование происходило как в течение года, как и между годами (прил. 1). Так в 2005 году значение водородного показателя в точке находящейся ниже сточных вод незначительно повышалось, чем в точке выше сточных вод, за исключением июля и декабря, где рн снижалась на 0,01-0,02 ед. В течение 2006 показатель рн сточных вод ни в одной из проб не превышал установленную ПДК норму. В 2007 году водородный показатель сточных вод после очистки был выше, чем перед поступлением на очистные сооружения, при этом рн 41
42 приближалось к верхней границы ПДК, а в ноябре значительно превышало и составляло 10,03 ед. (рис. 6). Рис. 6. Изменение рн в водах реки Обь в районе КОС-1 г. Барнаула, 2007 г. В 2008 году показатель рн, отобранной выше сточных вод удовлетворял норме, однако после прохождения этапов очистки водородный показатель превышал установленные ПДК нормы и в январе-июне варьировал от 8,51 до 8,73 ед. В июле-декабре 2008 года превышений ПДК не наблюдалось (рис.7). Рис. 7. Изменение рн в водах реки Обь в районе КОС-1 г. Барнаула, 2008 г. 42
43 В течение последующих трех лет ( гг.) превышений показателя рн сточных вод, установленных государством не наблюдалось. Четких закономерностей по снижению или повышению значений рн до и после очистки на КОС-1 не найдено. В таблице приложения 2 переставлены данные изменение рн в водах реки Обь выше и ниже в районе КОС-2 г. Барнаула ( гг.). За период с января 2005 по декабрь 2006 в пробах, отобранных в точках 500 метров выше и ниже сточных вод, т.е. прошедших очистку на территории КОС-2, превышения водородного показателя не наблюдалось. В ноябре и декабре 2007 года наблюдалось превышение предельного уровня показателя рн в отобранных пробах выше, однако в точке ниже сточных вод данный показатель соответствовал норме и составлял 7,86 ед. (рис. 8). Рис. 8. Изменение рн в водах реки Обь в районе КОС-2 г. Барнаула, 2007 г. В 2008 году превышения ПДК было зафиксировано лишь в июне как до, так и после очистки. Несмотря на то, что значение рн было снижено после очистки, однако показатель, хоть и не значительно, но превышал предельно допустимую 43
44 верхнюю границу ПДК (рис. 9). Подобная ситуация наблюдалась в этом месяце и на очистных сооружениях КОС-1 (прил. 1). Рис. 9. Изменение рн в водах реки Обь в районе КОС-2 г. Барнаула, 2008 г. В период с 2009 по 2011 гг. водородный показатель сточных вод в районе КОС-2 не превышал 8,5 ед., что соответствует требованиям 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. 44
45 В приложении 3 представлены данные содержания взвешенных веществ в точках выше и ниже сточных вод прошедшей очистку на очистных сооружениях КОС-1. В целом, качество по рассматриваемому показателю за исследуемый период после очистки отвечает нормативным требованиям. Однако превышения ПДК=9 мг/дм 3 все-таки наблюдалось. Так в 2005 году концентрация взвешенных веществ широко варьирует в течение года. В подледный период концентрация взвешенных веществ не велика (до 2,50 мг/дм 3 ), т.к. зеркало реки закрыто льдом и поступление взвешенных веществ возможно только со сточными водами, что наблюдается, например, в феврале. В период паводка концентрация взвешенных веществ выше точки повышается, что указывает на их поступление, как с паводковыми водами, так и с водами р. Барнаулки, место впадения которой в р. Обь расположено не далекого от КОС-1. В июне 2005 года концентрация взвешенных веществ превышала ПДК и составляла 10,40 мг/дм 3 выше сточных вод и 14,30 мг/дм 3 ниже вод. Рис. 10. Динамика содержания взвешенных веществ в воде р. Обь в районе КОС-1 г. Барнаул, 2006 г. Из представленного рисунка 10 видно, что резкое увеличение концентрации наблюдается в апреле, что связано с поступлением взвешенных 45
46 веществ с паводковыми водами. В августе связано с высокой температурой, которая на 1,9 С превышала средние значения и повлекло за собой повышение температуры и снижение ее уровня. Основное поступление взвешенных веществ обусловлено, как поступлением из р. Барнаулка, так и гидрологическими особенностями реки Обь, которая в этом месте совершает поворот. В районе коммунально-очистных сооружений (КОС-2) наблюдается сходная ситуация, превышения ПДК взвешенных веществ в 2005 году наблюдалось в июне, при этом их содержание превышало допустимую концентрацию на 6,40 и 5,80 мг/дм 3, выше и ниже точки сточных вод, соответственно (прил. 4). На рисунке 11 представлена динамика содержания взвешенных веществ в воде р. Обь в районе КОС-2 в 2006 году. Рис. 11. Динамика содержания взвешенных веществ в воде р. Обь в районе КОС-2 г. Барнаул, 2006 г. Максимальная концентрация наблюдалась в апреле и августе и варьировала от 13,40-18,50 мг/дм 3, превышая предельно допустимую норму (ПДК = 9 мг/дм 3 ). Причиной этого может служить поступление загрязняющих веществ с паводковыми водами в апреле и повышением средней 46
47 температуры воздуха и снижением уровня в реке в августе. В течение последующих пяти лет превышения уровня ПДК не наблюдалось как в районе КОС-1, так и в районе КОС-2. Однако следует отметить, что максимальные значения отмечаются в паводковый период, что связано с поступлением взвешенных веществ с талыми водами. В подледный и меженный период содержание взвешенных веществ не большое, т.к. в зимний период зеркало реки закрыто льдом, а в меженный период не большое количество осадков Общее железо 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 (Алехина, Веревкина, Бердникова, 2009). Содержание железа в сточных водах, поступающих на территории 47
48 коммунально-очистных сооружений КОС-1 и КОС-2 до и после очистки представлено в приложении 5 и 6. На протяжении всего исследуемого периода превышение норматива по железу общему не наблюдалось (ПДК = 0,1 мг/дм 3 ), за исключением единичных случаев. Так в 2005 году в марте в точке ниже в районе КОС-2 наблюдалось незначительно превышение содержания железа в воде (0,032 мг/дм 3 ), однако, сточные прошедшие все стадии очистки соответствовали норме ПДК. В июне этого же года в районе очистных сооружений КОС-1 наблюдалось превышение предельно допустимых концентраций железа как выше (0,033 мг/дм 3 ), так и ниже (0,031 мг/дм 3 ) точки сточных вод. В 2006 году превышение ПДК наблюдалось в августе как на КОС-1, так и на КОС-2, содержание железа было на уровне 0,041-0,042 мг/дм 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 (Ахобадзе, 2011; Буренин, 2012; Воробьева, Кувшинников, 2013). Динамика содержания нефтепродуктов в водах выше и ниже сточных вод за исследуемый период представлена в приложении 7, 8. В период с 2005 по 2010 гг. превышений уровня ПДК по содержанию нефтепродуктов обнаружено не было ни в одной из проб отобранных в районах коммунально-очистных сооружений КОС-1 и КОС-2. Но были зафиксированы единичные случаи превышения допустимых норм в районах 48
49 КОС-1 и КОС-2 в 2011 году в феврале. Максимум наблюдался в подледный период, что указывает на то, что поступление загрязняющих веществ поступают со сточными водами. Однако стоит заметить, что в районе КОС-1 в пробах отобранных ниже содержание нефтепродуктов уменьшилось (рис. 12). В районе КОС-2 ситуация сходна с предыдущей, но стоит заметить, что после очистки содержание загрязняющих веществ повысилось и достигло 0,072 мг/дм 3 (рис. 13). В апреле 2011 года в районе КОС-2 содержание нефтепродуктов было выше, чем в пробах, отобранных в районе КОС-1. Рис. 12. Динамика содержания нефтепродуктов в воде р. Обь в районе КОС-1 г. Барнаул, 2011 г. Рис. 13. Динамика содержания нефтепродуктов в воде р. Обь в районе КОС-2 г. Барнаул, 2011 г. 49
50 Скорее всего, это связано с единичным попаданием больших объемов загрязняющего вещества в воду реки Обь Азотсодержащие соединения Перед сооружениями биологической очистки ставится задача глубокого удаления всех форм азотсодержащих соединений. В сточных водах азот представлен, в основном, в виде минеральной (NH + 4, NО 2, NО 3 ) 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 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 ), что часто наблюдается в летний период. Аммонийный азот. Согласно ПДК, содержание азота аммонийного в сточных водах не должно превышать 0,39 мг/дм 3. В районе очистных сооружений КОС-1 концентрация азота аммонийного варьировала от 0 до 0,69 мг/дм 3 (прил. 9), что существенно выше допустимой нормы. Первая половина 50
51 2006 года характеризовалась присутствием азота аммонийного, однако превышение ПДК зафиксировано не было. Во второй половине этого года в районе КОС-1 подобных форм азота зафиксировано не было. В 2007 году в период осенних дождей (сентябрь-октябрь) наблюдается увеличение содержания аммонийного азота в водах реки до 0,74 мг/дм 3, при этом стоит заметить, что превышение ПДК наблюдается выше точки вод лишь в октябре 2007 года, а ниже сточных вод в сентябре и октябре. Аммонийный азот в составе сточных вод не уменьшает свою концентрацию после очистки на территории КОС-1, а наоборот, увеличивает, что видно на рисунке 14. Рис. 14. Динамика содержания аммонийного азота в воде р. Обь в районе КОС-1 г. Барнаул, 2007 г. В период с 2008 по 2009 варьирование содержания аммонийного азота происходило от 0 до 0,32 мг/дм 3, что соответствует предельно допустимому уровню и 2011 гг. характеризовались достаточно высоким содержанием азота аммонийного в составе сточных вод, что, скорее всего, связано с увеличением поступления загрязняющих веществ. В 2010 году наблюдалось незначительное превышение ПДК в июне и июле, в 2011 году в феврале и апреле. При этом, содержание загрязняющих веществ как выше, так и ниже сточных вод практически не изменялось в течение года. 51
52 В районе коммунально-очистных сооружений КОС-2, в исследуемый период наблюдались единичные превышения ПДК азота аммонийного в сточных водах р. Обь (прил. 10). В течение 2006 года наибольшая + концентрация NH 4 наблюдалась в подледный период, что связано с низким уровнем в реке. В июне 2006 года превышение предельно допустимого уровня азота аммонийного составляло 1,2-1,3 ПДК в точках выше и ниже, соответственно, что вероятнее всего связано с единовременным поступлением загрязняющих веществ в реку. В период 2007 года содержание аммонийного азота было ниже, чем в предыдущем, однако, в осенние месяцы (сентябрь октябрь) его концентрация достигала 0,64 мг/дм 3, что составляет 1,6 ПДК. При этом, если в сентябре концентрация азота после очистки снижалась, то в октябре увеличивалась на 0,04 мг/дм 3. В гг. в районе КОС-2 превышения содержания азота аммонийного в сточных водах не наблюдалось характеризовался достаточно высоким уровнем аммонийного азота в составе сточных вод, максимум наблюдали в летние месяцы (июнь, июль). В течение 2011 года максимальное содержание азота наблюдается в подледный период и период весеннего паводка (рис. 15). Рис. 15. Динамика содержания аммонийного азота в воде р. Обь в районе КОС-2 г. Барнаул, 2011 г. Нитраты. В районах коммунально-очистных сооружений г. Барнаул 52
53 КОС-1 и КОС-2,за исследуемый период, содержание нитратов ни в одной из проб не превышало ПДК = 21,4 мг/дм 3 (прил. 11, 12). Однако стоить заметить, что увеличение содержания нитратов в отобранных пробах сточных вод ниже и выше точек наблюдается в подледный период и период паводка (рис. 16). Это объясняется тем, что подледный период наблюдается минимальный уровень и даже при незначительных поступлениях загрязняющих веществ приводит к резкому увеличению концентрации. Рис. 16. Динамика содержания нитратов в воде р. Обь в районе КОС-2 г. Барнаул, 2007 г. Увеличение содержания нитратов в водах р. Обь в весенний период, возможно, связано с поступление загрязнений с талыми и паводковыми водами. Данная тенденция динамики содержания нитратов характерна для всех последующих лет исследования. Нитриты. За исследуемый период содержание нитритов в районах коммунально-очистных сооружений КОС-1 и КОС-2 не превышало ПДК, которое составляет 0,08 мг/дм 3. Максимум, наблюдали в июне 2010 г., содержание нитритов в сточных водах в районе КОС-2, в точке ниже вод составляло 0,07 мг/дм 3. 53
54 Фосфаты и сульфаты Присутствие фосфатов в воде вызывает развитие водорослевого «цветения». Установлено, что если удалить из сточной 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 невозможен (Анисимов, 2012). Для проб отобранных в р. Обь в районе КОС-1 характерно низкое содержание фосфатов, а иногда их полное отсутствие (прил. 13). Так ни в одной из проб, отобранных в период с 2007 по 2010 гг. и в 2011 году содержание фосфатов не превышало ПДК (0,2 мг/дм 3 ). Период 2006 года превышение допустимого уровня обнаруживалось в январе, феврале апреле и августе, при этом содержание фосфатов превышало ПДК в 1,5-3 раза (рис. 17). Рис. 17. Динамика содержания фосфатов в воде р. Обь в районе КОС-1 г. Барнаул, 2006 г. В 2007 году увеличение концентрации до 0,16 мг/дм 3 наблюдалось в 54
55 период паводковых вод, подледный период характеризовался низким содержанием фосфатов, а вторая половина года отсутствием их в составе сточных вод в районе КОС-1. Период 2008 года характеризовался наименьшим содержанием фосфатов в водах реки Обь, их количество не превышало 0,14 мг/дм3. Подледный период с января по март 2009 и 2010 года отличается отсутствием фосфатов, в пробах отобранных как выше, так и ниже сточных, это может говорить об отсутствии источников загрязнения фосфатов. В мае 2009 года концентрация фосфатов была максимальной для этого года, однако не превышала предельно допустимой концентрации. Для апреля и мая 2010 г характерно, как и в предыдущем году, максимальное содержание исследуемого загрязняющего вещества, концентрация фосфата была на уровне 0,20 и 0,24-0,25 мг/дм 3, соответственно (при ПДК = 0,20 мг/дм 3 ). Динамика содержания фосфатов в пробах, отобранных в районе КОС-2 (прил. 14), была сходной с динамикой в районе КОС-1. Для первой половины 2006 и 2007 гг. характерно максимальное содержание фосфатов, при этом их уровень превышает ПДК в несколько раз (рис 18). Рис. 18. Динамика содержания фосфатов в воде р. Обь в районе КОС-2 г. Барнаул, 2006 г. В последующие года исследования содержание фосфатов практически 55
56 не превышало ПДК и лишь в период паводковых вод гг. концентрация фосфатов незначительно превышала предельно допустимую норму и была на уровне 0,30 мг/дм 3. Однако стоит заметить, что содержание фосфатов в ряде проб, отобранных в районе КОС-2, увеличивается после прохождения всех стадий очистки и сточных вод. Концентрация сульфатов в поверхностных водах подвержена заметным сезонным колебаниям и обычно коррелирует с изменением общей минерализации. Важнейшим фактором, определяющим режим сульфатов, являются меняющиеся соотношения между поверхностным и подземным стоком. Заметное влияние оказывают окислительновосстановительные процессы, биологическая обстановка в водном объекте и хозяйственная деятельность человека (Зенин, Белоусова, 1988). Динамика содержания сульфатов в пробах, отобранной в районах КОС-1 и КОС-2 представлена в приложениях 15 и 16, соответственно. Ни в одной пробе за период исследования гг. превышения предельно допустимого уровня содержания сульфатов 100 мг/дм 3 не наблюдалось. Максимум наблюдался в районе КОС-2 в апреле 2006 года, в пробе отобранной выше сточных вод и составлял 39,00 мг/дм Биологическое потребление кислорода (БПК5) Основное отличие определения БПК от остальных измерений заключается в том, что изменяются не столько химические или физические характеристики, сколько биологические. Биохимическое потребление кислорода происходит вследствие окисления микроорганизмами органических веществ. Бактериям необходимы вполне определенные условия жизни, так же как человеку и остальным формам жизни. Однако условия жизни и функционирования бактерий могут быть различными, вплоть до экстремальных, так как микроорганизмы очень легко приспосабливаются. 56
57 Норматив предельно допустимой концентрации БПК5 для сточных вод составляет 2,0 мг/дм 3.Воды, содержащие ингибирующие, дезинфицирующие или токсичные вещества, губят микробиологическую культуру. Поэтому такие не имеют БПК. Результаты измерений БПК в таких водах могут быть лишь характеристикой токсичности растворенных веществ. В районе коммунально-очистных сооружений КОС-1 варьирование БПК5 в сточных водах происходило от 0 до 7,4 мг/дм 3, что превышает установленные нормы (ПДК = 2,0 мг/дм 3 ) (прил. 17). Период 2005 года характеризуется повышенным уровнем БПК5 в сточных водах р. Обь. Более чем в половине проб, отобранных выше сточных вод, данный показатель превышает ПДК. После прохождения всех стадий очистки, а также после вод уровень БПК5 снижается, но в ряде проб биологическое потребление кислорода превышает установленный ПДК до 1,5 раз. В 2006 году превышение предельно допустимого уровня наблюдалось в зимний и осенний период, при этом в пробах отобранных ниже сточных уровень БПК5 выше, чем до очистки. В течение 2007 года ни одна проба не соответствовала норме, превышение было более чем в 2 раза. Максимум уровня биологического потребления кислорода на 5 сутки наблюдали в зимне-весенний период, в летние месяцы биологическое потребление снижалось, с сентября по декабрь БПК5 увеличивалось до 2-2,5 ПДК (рис 19). В течение гг. уровень биологического потребления кислорода превышает ПДК, однако в единичных пробах уровень БПК5 соответствует норме. Максимум наблюдается в подледный период, что связано с низким уровнем в реке. 57
58 Рис. 19. Динамика содержания БПК5 в воде р. Обь в районе КОС-1 г. Барнаул, 2007 В пробах, отобранных в районе КОС-2, содержание БПК5 варьировало 0,3 до 7,4 мг/дм 3 (прил. 18). Динамика содержания БПК5 в 2005 году представлена на рисунке 20. Рис. 20. Динамика содержания БПК5 в воде р. Обь в районе КОС-2 г. Барнаул, 2005 г. Наибольшая концентрация наблюдалась в период паводковых вод и осенних дождей. В пробах, отобранных в январе, феврале и сентябре уровень БПК5 соответствовал норме. Для 2006 года, в отличие от предыдущего года исследования максимум 58
59 содержания БПК5 в сточных водах характерно для осеннего периода, где уровень этого показателя достигает 4,6 мг/дм 3. В период с апреля по август превышения ПДК не наблюдалось. Каждая проба, отобранная в 2007 году содержала более 2 мг/дм 3 БПК5 (рис. 21), что превышает установленные нормы. Минимальная концентрация исследуемого показателя была характерна для летнего периода. Рис. 21. Динамика содержания БПК5 в воде р. Обь в районе КОС-2 г. Барнаул, 2007 г. Ситуация по содержанию в сточных водах БПК5 в районе КОС-2 в гг. сходна с 2006 годом исследования. Максимум содержания наблюдался в осенний и подледный период гг. характеризовались высоким содержанием БПК5 в составе сточных вод. Наблюдались единичные случаи, когда уровень содержания БПК5 соответствовал норме, в 2010 году в октябре концентрация БПК5 была ниже ПДК и составляла 1,5 мг/дм 3. В 2010 году в зимние месяцы наблюдалось превышение ПДК более чем в 3 раза (рис. 22), в теплое время года Содержание БПК5 в сточных водах снижалось и только в мае и июне не превышало 2 мг/дм 3. В октябре, как и в 2010 году, концентрация биологического потребления кислорода было на уровне 1,5 мг/дм 3. 59
60 Рис. 22. Динамика содержания БПК5 в воде р. Обь в районе КОС-2 г. Барнаул, 2011 г. Таким образом, можно заметить неэффективность работы коммунально-очистных сооружений КОС-1 и КОС-2 в г. Барнауле по данному виду загрязнения (Ощепков, Бычков, 2012) Оценка работы КОС-2 по гидробиологическим показателям Гидробиологический анализ является одним из самых оперативных способов контроля технологического процесса, так как отражает реакцию организмов, потребляющих загрязняющие вещества, на изменение условий среды обитания. Изменения в биоценозе активного ила позволяют быстро оценить его качественный уровень и сделать вы об основных неблагоприятных факторах, ухудшающих эффективность очистки сточных вод. Анализ качества вод по гидробиологическим показателям позволяет оценить ответную реакцию биоты на весь комплекс антропогенных воздействий. Гидробиологические методы контроля предполагают использование гидробиологических показателей, которые характеризуют качество как среды обитания живых организмов. Водные бактерии обладают способностью постепенно разлагать почти все попадающие в воду органические вещества, в том числе нефтепродукты и другие очевидные загрязнители. 60
источник