Анализ состав промышленных сточных вод

Вода – это самое необходимое, что нужно человеку, да и не только ему, для жизни. А чистая вода – это, в первую очередь, наше здоровье. Развитие цивилизации привело к тому, что чистая вода становится дефицитом.

Устраивая загородный дом наподобие городской квартиры, с водопроводом и канализацией, мало кто задумывается об очистке канализационных стоков, и зря.

Ведь сточные воды, попадая в землю, поступают в водоносные слои, откуда мы берем питьевую воду. И кто знает, что находится в такой воде? Если домовладелец заботится о своем здоровье и здоровье близких людей, он должен периодически делать анализ сточных вод.

Сточные воды частного дома по общему определению – это воды, загрязненные в процессе деятельности человека, а также воды, проникающие в грунт, в результате выпадения атмосферных осадков.

Попадая в землю, сточные воды способны изменить состав подземных вод, которые мы употребляем в качестве питьевой воды. Вода может приобрести неприятный запах, изменяется чистота воды, т.е. в ней могут появиться различные примеси и осадок. Кроме этого изменяется и химический состав воды.

Характер загрязнения грунтовых вод можно разделить на такие виды:

Механическое – когда в сточных водах высокое содержание нерастворимых частиц;

Загрязненные сточные воды представляют опасность для здоровья не только владельца участка, но и для соседних участков.

Проведение химического анализа полного типа является первоочередной задачей каждого владельца местной канализационной системы.

В настоящее время существует возможность как провести любой анализ, так и принять все меры к очистке сточных вод, сохраняя при этом не только свое здоровье, но и окружающую природу.

Чтобы с полной уверенностью в безопасности сточных вод пользоваться своей автонономной канализационной системой в загородном доме, необходимо знать состав этих вод.

Определяется это путем проведения многочисленных анализов:

Полный химический анализ сточных вод необходим для выбора оптимальной системы водоочистки. Но иногда возможен и анализ сокращенного типа. Вообще, анализы, даже проводимые несколько десятков раз, не могут представить полной и точной картины сточных вод. Все выводы, в принципе, условны.

При проведении полного химического анализа сточных вод определяют:

• Окраску сточных вод, Обычно бытовые сточные воды имеют слабую окраску. Если она изменяется на сильно выраженную, значит, сточные воды нуждаются в сильной очистке;
• Запах сточных бытовых вод своеобразен. Получается от распада органических соединений и фекалий;
• Температуру. Это показатель говорит о том, насколько быстро происходит биологическая очистка стоков;
• Прозрачность, которая служит показателем степени загрязнения стоков;
• Уровень pH в сточных водах, отвечающих нормам, должен быть нейтральным;
• Плотный осадок, который не должен превышать 10г/л;
• Значения ХБК и БПК (химическая потребность в кислороде и биологическая потребность в кислороде);
• Токсичность сточных вод, что является отрицательным показателем, так как при превышении нормы бактерии плохо справляются с очисткой стоков. К токсичным веществам, относятся многие моющие вещества, красители, медь, ртуть, кадмий, сульфиды, цианиды и другие вещества;
• Взвешенные вещества, которые в норме должны составлять 100-500мг/л;
• Формы азота, фосфор;
• Хлориды, сульфаты;
• Растворенный кислород, который необходим для жизнедеятельности бактерий;
• Биологические загрязнения.

При проведении анализов на сточные воды ГОСТ полученные результаты разделяет на два вида: предельно допустимые концентрации и недопустимые, т. е. именно то, чего не должно быть, и что является поводом для немедленного принятия соответствующих мер.

К недопустимым концентрациям загрязнения сточных вод относятся цианиды, некоторые щелочи и соли, соляная и серная кислоты.

Естественно, что такие анализы могут сделать только специализированные лаборатории, которые имею лицензию на проведение таких анализов для населения.

Многие владельцы загородных домов не задумываются о последствиях своей экономии, когда решают сделать вместо септика простую выгребную яму. Им стоит сделать анализ своей питьевой воды, если она поступает из скважины или колодца, расположенных в непосредственной близости от выгребной ямы. В этом случае можно с уверенностью сказать, что анализ питьевой воды будет далек от нормативных показателей. Есть риск заражения глистными инвазиями и другими инфекционными болезнями.

Кроме этого, водоносный слой, который подвергся заражению сточными водами, потребует десятилетних усилий по его очистке

И напротив, тем, у кого на участке оборудован по всем правилам канализационный септик, не стоит опасаться отрицательного анализа сточных вод, поскольку продуманная система устройства септика, в комплексе с применением биологической очистки сточных вод, даст положительные результаты в анализах питьевой воды.

Это объясняется тем, что сточные воды, находясь длительное время в первой камере септика, освобождаются от взвешенных частиц, которые выпадают в осадок.

Во второй камере происходит дальнейшая очистка и фильтрация стоков. И сбрасываемые воды в дренажный колодец или в грунт, уже, практически, безопасны для окружающей природы. По статистике проведенных анализов, лучшие показатели у владельцев септиков, нежели у владельцев выгребных ям.

В настоящее время существует достаточно много способов биологической очистки сточных вод. Это и препараты, которые непосредственно выливаются в септики и станции биологической очистки, средства, где микробы выпускаются в септик по достижениию определенного уровня сточных вод в септике.

Но чтобы все эти способы работали безотказно, нужно знать, что в септике должен быть нормальный уровень кислорода для нормальной жизнедеятельности анаэробных бактерий.

В септике должен быть постоянно органический субстрат для микробов. При длительном отсутствии владельцев, микробы, не получая свежей порции органики, могут просто погибнуть.

Вывод напрашивается такой – сделать современный септик дело конечно сложное, но наше здоровье важнее, чем вложенные средства и физические усилия.

источник

Навигация:
Главная → Все категории → Очистка сточных вод

Показатели санитарно-химического анализа состава сточных вод позволяют оценить возможность использования тех или иных методов и технологий для очистки воды. Для очистных станций важнейшими задачами санитарно-химического анализа являются контроль за процессами очистки и оценка эффективности работы каждого сооружения.

Полный санитарно-химический анализ воды проводится на станциях биологической очистки обычно 1 раз в 10 суток. При этом анализируются среднесуточные пробы, поступающих на станцию сточных вод, и пробы сточных вод после каждого этапа очистки. По результатам анализов рассчитывается эффективность работы очистной станции в целом и отдельных сооружений. Кроме того, измеряются среднесуточные расходы поступающих на станцию сточных вод и выходящих очищенных вод.

Каждый показатель качества воды определенным образом увязан с другими показателям. Комплексная оценка состава воды может быть сделана только на основании сопоставления всех показателей санитарно-химического анализа. Однако, в зависимости от целей выполнения анализа могут быть выделены наиболее значимые показатели. Расчет необходимой степени очистки, прежде всего, выполняется по показателям взвешенных веществ и по БПК.

Сточные воды считаются слабозагрязненными при концентрации взвешенных веществ и величине БПКП0ЛН 100 мг/л каждый, средне загрязненными – при концентрации взвешенных веществ и БПКПОли -100-500 мг/л, при величине этих же показателей более 500 мг/л – концентрированными.

Количество органических примесей, поддающихся биохимическому окислению, может быть оценено разностью ХПК – БПКП0Л„, отношение величин БПКП0ЛН и ХПК также характеризует способность примесей сточных вод к биохимическому окислению. Для бытовых сточных вод это отношение составляет величину 0,86, а для производственных – изменяется в широких пределах, но, как правило, оказывается ниже, чем для бытовых. Для сточных вод, прошедших сооружения биологической очистки, соотношение величин БПКполн и ХПК существенно уменьшается.

Рассмотрение показателей БПК, аммонийного азота и фосфатов позволяет оценить количество биогенных элементов, необходимых для процесса биологической очистки. В соответствии со СНиП 2.03.04-85 отношение БПКП0ЛН:1Ч:Р должно соответствовать пропорции 100:5:1.

Хлориды не влияют на биологические процессы очистки сточных вод даже при концентрациях 10 г/л, но во избежание засолонения водоемов – приемников очищенных вод – необходимо предотвратить сброс высокоминерализованных производственных сточных вод в городские системы водоотведения. Определение хлоридов необходимо также при анализе сточной воды на ХПК.

Присутствие СПАВ в сточных водах сказывается на всех стадиях очистки. Эти соединения ухудшают процесс седиментации взвешенных частиц, образуют в каналах и аэрируемых сооружениях большое количество пены, тормозят биохимические процессы в биоокислителях. Попадая с очищенной водой в водоем, они серьезно усложняют дальнейшее использование его для бытовых и промышленных целей. СПАВ, в зависимости от степени биологического окисления, подразделяются на три категории: мягкие – 75-85% окисления; промежуточные – 60% и жесткие – менее 50%).

Сопоставление отдельных показателей санитарно-химического анализа позволяет оценить точность выполнения анализов, так величина плотного осадка всегда меньше величины сухого, а разность величин сухого и плотного примерно равна концентрации взвешенных веществ.

Анализируя показатели загрязнений Курьяновской станции аэрации, можно рассчитать эффективность работы сооружений по основным этапам очистки и оценить работу станции в целом.

По взвешенным веществам эффективность очистки: – на сооружениях механической очистки- 37,4-39,4%), величина показателя снижается до значений 92-146 мг/л; – после биологической очистки эффект – 89,6-93,2%), при этом концентрация взвеси снижается до 15,2-16,3 мг/л.

По показателю БПК5 эффективность очистки составила: – на сооружениях механической очистки – 33,6-34,3%), снижение величины показателя до значений – 65-101 мг/л; – после биологической очистки БПК5 – 10,3-10,6 мг/л, эффект очистки при этом – 89,6-93%.

После фильтрации концентрация взвешенных веществ и показатель БПК5 имеют значения соответственно – 5,5-5,7 мг/л и 3,4-4,1 мг/л.

Анализ этих данных позволяет сделать вывод об эффективной работе станции аэрации по основным технологическим этапам очистки, а также в целом.

МГП «Мосводоканал» организован аналитический центр «Роса», который оснащен современными аналитическими приборами, в основном, зарубежных фирм. Анализы выполняются в автоматическом режиме с использованием компьютерной техники.

Показатели полного санитарно-химического анализа сточных вод Курьяновской станции аэрации

Возможности центра «Роса» весьма широкие – перечень показателей общего санитарно-химического анализа составляет 141 наименование. В этот состав входят обобщенные показатели (ХПК, БПК, сухой осадок и др.), а также ионы металлов, различные органические и неорганические соединения, летучие галогенные соединения, фенолы, хлорфенолы, пестициды и др. Кроме того, в центре «Роса» возможен анализ микробиологических показателей воды – это коли-индекс, колиформы, яйца гельминтов и др. – всего более 20 микроорганизмов. В центре предусмотрено также выполнение гидробиологических исследований с определением фитопланктона и зоопланктона водоемов – более 70 видов микроорганизмов.

Создание таких центров, как «Роса», на городских очистных сооружениях даст возможность точно и оперативно выполнять анализы по широкому спектру загрязнений и, следовательно, более эффективно управлять процессами очистки. Такие аналитические центры могут быть организованы и обслуживать различные очистные сооружения больших регионов.

Состав бытовых сточных вод относительно стабилен. Установлено, что количество загрязнений, поступающее в канализацию от 1 жителя в сутки – величина достаточно постоянная. Исследования позволили определить норму загрязнений на 1 человека в сутки.

По норме загрязнений и норме водоотведения сточных вод можно рассчитать концентрацию бытовых сточных вод по любому из выше приведенных показателей:
Сб = а1000/п,

где Сб – концентрация загрязнений бытовой сточной воды, мг/л; а – норма загрязнений, г/(чел сут); п – норма водоотведения, л/(чел сут).

Концентрация загрязнений в городских сточных водах рассчитывается как средняя величина в соответствии с концентрациями загрязнений бытовой и производственной составляющих:
Сг.с.в. = (СбЯб + Спр qnp)/(q6 + qnp),

где Спр – концентрация загрязнений производственных сточных вод, мг/л; Чб и qnp – расход бытовых и производственных сточных вод соответственно, м3/сут.

Навигация:
Главная → Все категории → Очистка сточных вод

источник

Деятельность человека, как и любого другого живого существа, всенепременно сопровождается выделением немалого количества отходов жизнедеятельности. В современных условиях практически все из них уносятся вдаль водами канализационных рек. Наконец, нашу цивилизацию практически невозможно себе представить без огромного количества заводов и прочих предприятий, которые также во множестве продуцируют сточные воды.

Очистка сточных вод является процессом, после прохождения которого стоки пригодны для использования в технических целях или же возврата в окружающую среду без ущерба для последней. Словом, способ зависит от дальнейшего использования жидкости. К примеру, сточные воды от раковин – не то же самое, что содержимое сливных ям, куда спускается содержимое унитаза.

В апреле 1993 года более 400 тысяч человек в Милуоки оказались на больничной койке в результате попадания в питьевую воду криптоспоридии. После этого случая, который получил мощный резонанс в ВОЗ, мировая общественность стала намного осторожнее относиться к той жидкости, которая течет из-под кранов под видом «питьевой воды». Это мнение только окрепло после обнародования некоторых случаев эпидемий в Индии, в результате которых сотни человек умерли. А ведь дело было в обычной кишечной палочке, попавшей в водопровод из плохо очищенных стоков! Так что очистка сточных вод – чрезвычайно важный процесс, который сохраняет жизнь и здоровье людей.

Любые загрязнители коренным образом меняют вкус, цвет и запах жидкости, не говоря уже о ее пригодности для использования в пищевых или технических целях. Наиболее опасными являются промышленные стоки, так как в них нередко содержатся такие концентрации тяжелых металлов и иных веществ, которые в десятки и сотни раз превышают самые «оптимистичные» ПДК. Конечно, в этом случае все зависит от конкретного производства, которое сбрасывает сточные воды. Канализация среднестатистического города по сравнению с ними может показаться «родником», так как в ней, по крайней мере, не бывает радиоактивных изотопов или огромного количества тяжелых металлов.

Опасные загрязнения, которые делают воду непригодной для питья и использования в бытовых целях, можно квалифицировать как физические, химические, биологические факторы. Особняком стоит выброс радиоактивных изотопов. Соответственно, классификация загрязнений будет идентична причинам, которые их вызывают:

• Механические факторы. Характеризуются резким увеличением мельчайшей механической взвеси в жидкости.
• Химические. В воде повышено содержание любых химических соединений. При этом не имеет значения, могут ли эти вещества оказывать негативное влияние на здоровье человеческого организма.
• Биологические и бактериологические (бытовые сточные воды). Очень опасный вид загрязнений, так как в этом случае в воде превышено содержание микроорганизмов. В самом начале статьи мы уже говорили, чем это чревато.
• Тепловые загрязнения. Так называется сброс в реки и другие водоемы воды из прудов-охладителей при ТЭЦ и АЭС. Не стоит относиться к этой разновидности легкомысленно, так как подобные явления приводят к массовой гибели эндемиков, приспособленных к низким температурам воды, которые характерны именно для нашей местности.
• Радиоактивные. В воде и донных осадках обнаруживаются радиоактивные изотопы. Такое бывает, когда неисправна система сточных вод на некоторых промышленных предприятиях или АЭС.

В наших условиях наиболее распространены стоки трех типов:

• Примеси неорганического происхождения, включая даже нетоксические соединения.
• Вещества органического происхождения.
• Смешанные стоки.

Очень опасны отходы металлургических производств, так как в них содержится огромное количество тяжелых металлов и прочих токсичных соединений. Они изменяют физические свойства воды. В тех водоемах, куда попадает эта отрава, погибает все живое, включая деревья и прочую растительность по берегам. Органику же сбрасывают нефтеперерабатывающие комплексы и подобные производства. В стоках есть не только сравнительно безопасная нефть, но и предельно ядовитые фенолы и подобные им вещества. Кроме того, не следует сбрасывать со счетов предприятия животноводческого типа.

Они выбрасывают гигантское количество органики. Последний вызывает резкое ухудшение органолептических свойств воды. В водоемах, куда попадают сточные воды предприятий, происходит резкое развитие микроскопических водорослей, цветение, в жидкости до минимума падает содержание кислорода. Рыбы и прочие гидробионты погибают. Производство электроники, в том числе травление печатных плат и выпуск радиотехнической продукции различных типов, дает стоки смешанного типа. В их составе имеются красители, тяжелые металлы, ацетон, фенолы и прочие соединения.

В настоящее время ученые всего мира бьют тревогу, так как в Мировой океан попадает гигантское количество нефти. Она образует на поверхности воды тончайшую пленку, которую порой можно заметить только по радужным разводам. Это не только приводит к значительному ухудшению органолептических свойств жидкости, но и к резкому снижению поступления кислорода, который попадает в океан путем диффузии. Опять-таки страдают гидробионты, причем особенно бьет нехватка этого вещества по кораллам, численность которых в морях и океанах катастрофически падает с каждым годом. Всего лишь 10 мг нефти и нефтепродуктов делают воду абсолютно непригодной для питья и жизни живых существ.

Чрезвычайно опасны фенолы, о которых мы неоднократно упоминали выше. Они присутствуют в стоках практически всех промышленных предприятий. Особенно это относится к тем из них, которые занимаются производством кокса. В присутствии этих веществ происходит массовая гибель обитателей прудов, рек, морей и океанов, а сама вода приобретает крайне неприятный, гнилостный запах.

На очистные сооружения сточных вод попадают стоки следующего состава:

• Белки – 28%.
• Углеводы – 17,5%.
• Жирные кислоты – 10%.
• Масла, жиры – 27%.
• Детергенты – 7%.

Как можно заметить, основная доля загрязняющих веществ – органика. В промышленных условиях обсуждать какой-то состав сточных вод бессмысленно, так как в каждом случае он свой. В частности в некоторых случаях прямо в реку (!) сбрасывается якобы очищенная «вода», которая по внешнему виду и составу напоминает использованное моторное масло.

Как правило, в загрязнении среды виноваты промышленные и социальные объекты, а также животноводческие и птицеводческие фермы. Очень опасны твердые отходы, которые образуются при открытой разработке месторождений полезных ископаемых, а также стоки, образующиеся в процессе деревопереработки. Водный и железнодорожный транспорт дают немало отходов биологического происхождения. При попадании в водные источники они вызывают их обсеменение кишечной палочкой или яйцами глистов. Особенно опасно, когда выше по течению реки стоит какое-то медицинское учреждение.

Обработка включает в себя следующие способы:

• Механические. Сюда относится фильтрация, которую используют все очистные сооружения сточных вод, а также отстаивание.
• Физические. Это электролиз, аэрация, обработка стоков ультрафиолетовым излучением.
• Химические методы. Применяются специальные составы для осаждения и обеззараживания веществ, которые могут содержаться в стоках.
• Биологическая очистка сточных вод. В этом случае используются растения, усваивающие органику, а также некоторые виды простейших, улиток и рыб.

Перед началом обработки проводится подготовительная работа. Точнее, анализ сточных вод. Специалисты химических лабораторий определяют, какие именно загрязнители в них содержатся. Это помогает выбрать лучшую стратегию по их нейтрализации. Общая процедура очистки сточных вод включает отсеивание: твердых частиц, бактерий, морских водорослей, растений, неорганических примесей и органических веществ. Удаление твердых частиц – самый простой этап. Он включает в себя фильтрацию и осаждение путем отстаивания. Куда сложнее очистить сточные воды от тонких взвесей, которые обычными фильтрующими материалами не задерживаются.

Одним из наиболее простых и дешевых методов, который, тем не менее, обеспечивает высокую степень очистки, является использование активированного угля. Фильтры с этим материалом используются практически на всех предприятиях, руководство которых серьезно относится к защите окружающей среды.

Главным преимуществом угля является его высокая способность к абсорбции. Проще говоря, на поверхности частичек этого вещества имеется такое количество пор, что они могут задержать такое количество загрязняющих воду соединений, которое в несколько раз превышает объем самого угля. Именно процесс улавливания, связывания загрязняющих реагентов и называется абсорбцией. Следует отметить, что с целью очистки питьевой воды уголь использовался еще до нашей эры. Активное исследование и производство этого материала началось во время двух мировых войн. Факторами, влияющими на поглощение, являются размер частицы, площадь поверхности, структура связываемого вещества, кислотность среды (pH-фактор), температура, которую имеют сточные воды.

Древесный уголь поглощает много веществ, начиная от цветных металлов и заканчивая сложными органическими соединениями (к примеру, фенолами). Конечно, от радиоактивных соединений он не защитит, но основные виды неорганических и органических примесей с его помощью удалить можно.

В некоторых случаях для очистки могут быть использованы специальные жидкости, в состав которых входят частицы коллоидных веществ. Для чего они нужны? Все просто – микроскопические частицы, объединяясь с молекулами загрязняющих веществ, заставляют их выпадать в осадок. Явление известно как коагуляция. В некоторых очистных сооружениях используется также метод электролиза. Метод схож с предыдущим, так как ионы, образующиеся при этом процессе, также способствуют осаждению загрязняющих примесей.

Напротив, современные исследователи все чаще предлагают методы, при которых используются массивные молекулы, которые с большей эффективностью могут связывать и осаждать загрязнители. Такой процесс называют флокуляцией.

Как мы уже и говорили, очистка сточных вод может предусматривать использование отрицательно заряженных ионов. Исторически для этих целей используется сульфат алюминия, а также известь. Эти соединения вызывают резкое изменение рН воды, что приводит к гибели патогенных микроорганизмов, которые во множестве содержатся в стоках. В некоторых случаях могут использоваться вещества на основе трехвалентного железа. Некоторые химики считают, что подобные методы могли использовать еще египтяне за две тысячи лет до нашей эры. Отлично осаждает органику также перманганат калия.

Как бы там ни было, но связанная органика выпадает в виде хлопьев или геля. Эти осадки сточных вод могут быть с легкостью отловлены при помощи простейшего механического фильтра. Данный метод работает лучше всего с относительно плотными частицами (например, илом и прочими тяжелыми органическими примесями), в то же время более легкие частицы (например, микроскопические морские водоросли) лучше удаляются при помощи отстаивания. Осадительный чан должен быть достаточно большим, дабы заполнение его шло как можно медленнее. Связано это с тем, что для нормального протекания процесса требуется не менее четырех часов. После того как органические и неорганические примеси осядут на дно, воду можно считать условно очищенной, годной для использования в технических целях. Этот метод чаще используется при предварительной обработке стоков.

Затем приходит черед аэрации. Вода поступает в гигантские чаны, куда попадает сжатый воздух под большим давлением, выводимый в жидкость посредством распылителей. Вы когда-нибудь видели, как работает компрессор в обычном аквариуме? В этом случае происходит практически то же самое. Аэрация позволяет насытить воду кислородом и вывести в осадок оставшиеся органические примеси. После такой обработки жидкость чаще всего подается в специальные пруды, засаженные высшей водной растительностью (биологическая очистка сточных вод). И только потом вода считается пригодной для использования в технических целях. Ею можно поливать посадки овощей и фруктов, а также сбрасывать в природные водоемы.

источник

Дата публикации: 01.09.2013 2013-09-01

Статья просмотрена: 13731 раз

Кутковский К. А. Виды сточных вод и основные методы анализа загрязнителей // Молодой ученый. — 2013. — №9. — С. 119-122. — URL https://moluch.ru/archive/56/7745/ (дата обращения: 01.06.2019).

Воды и атмосферные осадки, которые поступают в естественные водоемы с территорий населенных пунктов и предприятий, принято называть сточными водами. Отвод данных вод осуществляется посредством канализации или естественным путем.

Сточные воды это в большей или меньшей степени загрязненные в результате использования бытовые, промысловые и производственные воды, содержащие отбросы или отработанное тепло, а также отличающиеся изменившимися в отрицательную сторону физическими и биологическими свойствами [1, с. 1287]. Из этого можно сделать вывод о, безусловно, антропогенном происхождении и неоднородности стоков, а также о сложности очистки или утилизации данного продукта антропогенной деятельности.

Из-за ухудшившихся биологических и физических свойств, сточные воды пагубно влияют на развитие всей биосферы. Сточные воды провоцируют и ускоряют эвтрофикацию водоемов из обильного содержания в них фосфора и азота, а также приводят к изменению естественных биоценозов и, как следствие, гибели биологических видов, загрязнению объектов водопользования, используемые человеком в качестве источника питьевой воды. Так же происходит обильное воздействие на артезианские бассейны: их биологическая чистота несопоставима с их состоянием до научно-технической революции, обусловившей эру активного антропогенного воздействия на природу.

Вследствие научно-технической мысли, ее развитии и повсеместном внедрение, источниками сточных вод являются практически любые антропогенные объекты: жилые дома, образовательные учреждения, медицинские объекты, торговые склады и точки реализаций товаров, различные сервисные организации, АЗС, металлургическая промышленность, пищевая промышленность, фармацевтической промышленность, сельхозяйственные угодья и т. д.

Для контроля качества и объема поступления сточных вод разрабатываются законы и подзаконные акты, происходит внедрение и разработка как новых, так и уже зарекомендованных себя методов очистки. Формируется всесторонний анализ сточных вод, позволяющий разработать оптимальный алгоритм очистки (с учетом характера загрязнителей) для каждого промышленного объекта и оценить качество воды, покидающей очистные сооружения. Любые нарушения влекут за собой штрафы и санкции, прописанные как в Водном кодексе РФ, так и в Уголовном кодексе РФ.

Определим, какими характеристиками обладают сточные воды, и как загрязнители влияют на процесс очистки. Для начала определим классификацию сточных вод и особенности отдельных их типов.

Виды сточных вод

1) Хозяйственно-бытовые. Этот тип стоков в основном поступает из жилых домов, а так же объектов социального пользования(больницы, образовательные учреждения, торговые центры и т. д.). Отведение происходит посредством хозяйственно-бытовой и общесплавной канализации. Состав загрязнителей: 58 % — органика, 42 % — минеральные вещества. Особенность — высокое содержание азотсодержащих соединений и фосфатов, значительная степень фекального загрязнения.

2) Промышленные сточные воды. Основной загрязнитель — объекты промышленности и предприятия различного рода деятельности. Отведение происходит посредством промышленной канализации. Спектр загрязнителей характеризуется видом промышленной деятельности. Содержат органические и неорганические элементы. Наибольшую опасность для гидросферы и человека представляют нефтепродукты, органические красители, фенолы, поверхностно-активные вещества, сульфаты, хлориды и тяжелые металлы.

3) Поверхностные сточные воды. Основное поступление из дождевых и талых вод, формирующихся из атмосферных осадков, проникающих в почву и стекающих в водоемы посредством ливневой канализации с территории промышленных предприятий и населенных пунктов. Спектр возможных загрязнителей широк и определяется особенностями территории и видом антропогенной деятельности, преобладающей в районе стока.

Анализ сточных вод

Рассмотрим основные источники поступления сточных вод в экосистемы: промышленные и бытовые объекты, на них приходится основная доля поступающих на очистные сооружения стоков. [2, с. 59] Анализ именно этих источников позволяет понять специфику оценки качества сточных вод и спектр загрязнителей. На выходе из очистных сооружений не должно быть примесей, содержишихся в характерной для той или иной природы стоков, либо их количество должно быть минимальным (определяется нормативами).

Для анализа качества вод используются следующие параметры: температура, цветность, запах и прозрачность. Физические показатели качества воды малоинформативные и понятны на интуитивном уровне. Для всех типов сточных вод характерна повышенная температура, специфический запах и сниженная прозрачность (определяется по шрифту). Изменение цветности (измеряется в градусах платинокобальтовой шкалы) присущи промышленным сточным водам и зависят от вида производственной деятельности.

Так же важным методом анализа качества вод является химический анализ. Реакция (рН) коммунальных сточных вод, как правило, нейтральна (6,5–8), а реакция промышленных стоков подвержена изменениям от сильнокислой (рН менее 3) до сильнощелочной (рН более 11) в зависимости от источника поступления. В процессе очистки реакция сточных вод должна стать нейтральной.

Для определения доли примесей как сухих, так и растворенных, используется такой параметр как «сухой остаток», отражающий степень загрязненности воды примесями. Данный параметр берется из нефильтрованной пробы. Он указывает на количество в воде примесей, как взвешенных (руда, окалина, известняк, кокс и т. д.), так и растворенных. В зависимости от содержания примесей сточные воды принято делить на четыре категории: первая — сухой остаток менее 500 мг/л (коммунальные сточные воды), четвертая — выше 30 000 мг/л. Отметка 5000 мг/л разделяет вторую и третью категорию. [4, с. 76]

Процесс очистки сточных вод от взвешенных примесей происходит путем механических методов очистки, самым распространенным из которых является метод отстаивания. Для прогнозирования эффективности этого метода используется показатель «оседающие вещества». Проба воды помещается в цилиндр, после чего оценивается, какое количество взвешенных веществ осядет за 2 часа. Измеряется в мг/л и процентах от сухого остатка. Оседающие вещества в городских сточных водах, как правило, составляют 65–75 %.

Необходимость вычисления сухого остатка обусловлена дальнейшей обработкой промышленных и коммунальных стоков при помощи биологических методов (бактерии), и на этой стадии количество взвешенных веществ не должно превышать 10 г/л.

Следующим важным параметром сточных вод является зольность твердых примесей. Прокаливание сухого остатка проводят при температуре «красного» каления (500–600°С), в результате чего часть химических соединений сгорает и улетучиваются в виде оксидов, углерода, водорода, азота, серы и других примесей, вес пробы уменьшается. Массу остатка, называемого золой, делят на первоначальную массу образца и получают зольность, выраженную в процентах. Для городских сточных вод характерна зольность 25–35 %.

Еще одним показателем является окисляемость. Данный показатель является санитарным, сфера его актуальности распространяется также не только на сточные воды. Окисляемость указывает на степень загрязнения воды органическими и неорганическими веществами, но также он используется для оценки степени органического загрязнения. Окисляемость определяется при помощи аэробных гетеротрофных бактерий (биохимическая окисляемость) и посредством химических реакций (химическая окисляемость — бихроматная, иодатная и т. д.).

Единицами измерения окисляемости является потребление кислорода: БПК и ХПК — биохимическое и химическое потребление кислорода, выраженное в миллиграммах О2 на литр. Большое значение имеет соотношение БПК к ХПК, которое позволяет прогнозировать, какое количество загрязнителей может быть удалено при помощи биологических методов очистки. [3, с. 141]

Химическая окисляемость определяет общее содержание в воде восстановителей — органических и неорганических, реагирующих с окислителями. В сточных водах преобладают органические восстановители, поэтому, как правило, всю величину окисляемости относят к органическим примесям воды.

Важнейшими показателям для сохранности гидросферы и эффективности биологической очистки является содержание фосфора и азотистых соединений. В сточных водах определяется содержание общего, нитратного, нитритного и аммонийного азота. От количества соединений азота зависит степень эффективности биологической очистки. При малом содержание азота в производственных сточных водах на стадии биологической очистки добавляют в воду хлористый аммоний. В хозяйственных стоках концентрация соединений азота всегда высока, из-за обилия поступающих веществ, связанных с процессом человеческой жизнедеятельности.

Концентрация фосфора в сточных водах всегда превышает ПДК. Основой поступления фосфатов в сточные воды служат фосфатные компоненты синтетических моющих средств и фекальные стоки, поступающие как из хозяйственной, так и из промышленной сферы. Избыток фосфорсодержащих соединений является одной из главных причин эвтрофикации водоемов.

Следующими показателями состояния сточных вод являются сульфаты и хлориды. Концентрация сульфатов в городских сточных водах обычно находится на уровне 100- 150 мг/л, хлоридов — 150–300 мг/л. В промышленных стоках (в частности, на металлургических заводах) уровень хлоридов и сульфатов значительно выше, к тому же к ним добавляются цианиды, аммиак и роданистые соединения.

Представленные выше показатели важны для оценки загрязненности стоков, так же их следует учитывать и в процессе трактовки данных, полученных в ходе иных анализов. Концентрацию хлоридов важно знать при определении ХПК, так как хлориды окисляются бихроматом калия до молекулярного хлора. Поэтому при концентрации хлоридов более 200 мг/л требуется их предварительное осаждение или введение поправки к результату анализа ХПК. Синтетические поверхностно-активные вещества, или СПАВ, так же являются серьезными загрязнителями естественных водоемов. Воздействие СПАВ напрямую влияет на эвтрофикацию рек и озер, угнетение процессов самоочищения гидросферы, торможение биохимических процессов в водоемах, вызывая другие губительные для биоценоза процессы.

Большинство СПАВ — органические вещества, состоящие из двух частей: гидрофобной и гидрофильной. Гидрофобная часть СПАВ соединена обычно с одной гидрофильной группой. В зависимости от физико-химических свойств гидрофильной части СПАВ делятся на три основных типа: анионактивные, катионоактивные, неионогенные. Каждый тип в свою очередь делится на классы в зависимости от химического состава гидрофобной части.

Примерно 75–80 % всех СПАВ, применяемых в быту и промышленности, составляют анионактивные. Важнейшим из них являются: алкилсульфаты с общей формулой R—O—SO₃Na (где R — углеводородный радикал с числом углеродных атомов от 10 до 20); алкилсульфонаты R—SO₃Na (с числом углеродных атомов 12–15) и алкиларилсульфонаты R—C₆Н₄—SO₃Na (с числом углеродных атомов в радикале 5–18).

Так же присутствие СПАВ резко отрицательно сказывается на работе очистных сооружений, во время очистки сточных вод поверхностно-активные вещества замедляют процессы осаждения твердых взвешенных частиц, провоцируют появление пены в очистных сооружениях и препятствуют биологической очистке. Для предотвращения данных процессов содержание СПАВ в стоках, поступающих на стадию биологической очистки, не должно превышать 20 мг/л. Некоторые фракции (в частности, жесткие СПАВ) предварительно должны быть полностью удалены химическими и физико-химическими методами.

Поверхностно-активные вещества присутствуют во всех сточных водах, в том числе и хозяйственно-бытовых. Источниками СПАВ в сточных водах является результат широкого применения их в быту и промышленности в качестве моющих средств, а также смачивающих, эмульгирующих, выравнивающих, дезинфицирующих препаратов.

Наиболее высокая концентрация токсических веществ определяется в промышленных сточных водах и классифицируются на две категории — неорганические и органические. К органическим токсическим веществам относятся нефтепродукты, смолы, карбоциклические соединения, пестициды, красители, кетоны, фенолы, спирты и СПАВ. Неорганические компоненты представлены солями, щелочами, кислотами и различными химическими элементами (хром, алюминий, свинец, никель, фтор, бор, железо, ванадий и т. д.).

В хозяйственно-бытовых и сельскохозяйственных сточных водах основными биологическим загрязнителями являются бактерии, вирусы, патогенные простейшие и яйца гельминтов, источником которых являются люди и животные.

Для оценки фекальной загрязненности сточных вод используются микробиологические анализы — определение общего микробного числа и количества общих колиформ (коли-тест). Основная задача данных анализов оценить степень фекального загрязнения воды, а не выявление самого факта наличия патогенных микроорганизмов. Вывод делается на основе степени загрязнения сточных вод фекалиями: чем выше уровень загрязнения, тем выше вероятность присутствия патогенных организмов в воде.

Бактериологический анализ сточных вод необходим для оценки эффективности работы очистных сооружений и дает представление о необходимых корректировках процесса очистки сточных вод. Дезинфекция проводится хлором, который оказывает негативное воздействие на качество воды.

Последним показателем является растворенный кислород. Содержание растворенного кислорода (РК) в воде характеризует кислородный режим водоема и имеет важнейшее значение для оценки его экологического и санитарного состояния. Он также необходим для самоочищения водоемов, т. к. участвует в процессах окисления органических и других примесей, разложения отмерших организмов. Снижение концентрации РК свидетельствует об изменении биологических процессов в водоеме, о загрязнении водоема биохимически интенсивно окисляющимися веществами (в первую очередь органическими). Потребление кислорода обусловлено также химическими процессами окисления содержащихся в воде примесей, а также дыханием водных организмов. Поэтому важным фактором является соблюдение качества очищенной воды, поступающей в естественные водоемы. [5, с. 49]

Оценка качественного и количественного состава загрязнителей сточных вод необходима не только для составления плана очистных мероприятий, но и для повышения их эффективности, а так же для мониторинга и последующего прогнозирования негативного антропогенного воздействия на гидросферу и экосистему в целом. Проблемы загрязненности сточных вод, методов очистки и возвращения в естественные источники или их повторное использование, давно перестали быть чем то далеким и несбыточным. За последние 150 лет качество наземных и подземных источников воды резко ухудшилось и требует не только использования современных норм и стандартов, но так же и поиск, разработку и внедрение новых идей и подходов, как к контролю поступающих загрязняющих веществ, так и к методам очистки сточных вод.

1. Советский энциклопедический словарь/Научно-редакционный совет: А. М. Прохоров (пред.).- М.: «Советская энциклопедия», 1981.- 1287 с.

2. Водоотведение и очистка сточных вод: Учебник для вузов/С. В. Яковлев, Я. А. Карелин, Ю. М. Ласков, В. И. Калицун.- М.:Стройиздат, 1996.- 59 с.

3. Комплексное использование и охрана водных ресурсов. Под редакцией О. А. Юшманова М.: Агропромиздат 1985.- 141 с.

4. Евилович А. З. Утилизация осадков сточных вод М.: Стройиздат 1989.- 76 с.

5. Методы охраны внутренних вод от загрязнения и истощения Под редакцией И. К. Гавич М.: Агропромиздат 1985.- 49 с.

источник

Промстоки образуются на предприятиях и выводятся с их территории через специальные канализационные коллекторы.

Спектр их загрязнителей зависит от характера деятельности того или иного предприятия. В них могут содержаться неорганические и органические загрязнители.

Наибольшую опасность в настоящее время для человека и гидросферы представляют нефтепродукты, фенолы, органические красители, сульфаты, поверхностно-активные вещества, тяжёлые металлы и хлориды.

Указанный анализ позволяет выявить специфику и спектр загрязнителей промстоков, сбрасываемых в канализацию. При повторном анализе на выходе из комплекса сооружений, выполняющих очистку, обнаруженные ранее специфические загрязнители должны полностью отсутствовать, либо их количество должно быть понижено до минимально разрешённого минимума.

Запах, цветность, прозрачность и температура. Данные физические показатели, по которым может проводиться анализ, малоинформативны. Они воспринимаются на уровне интуиции, поэтому анализируются поверхностно.

Все сточные воды обладают повышенными температурами, имеют пониженную прозрачность и специфический запах. Прозрачность определяется по стандартным шрифтам. Изменение цветности – по градусам платинокобальтовой шкалы. Степень изменения зависит от профиля производственной деятельности предприятия.

Базовая реакция рН промышленных стоков меняется в диапазонах от рН 11).

Его значение определяется при анализе нефильтрованной пробы. Указанный показатель информирует о количестве примесей, имеющихся в воде, как взвешенных (окалина, руда, кокс, известняк и т.п.) и растворённых. В зависимости от содержания этих примесей все промышленные стоки подразделяют на 4 категории:

• первая — величина сухого остатка менее 500 мг/л (сюда входят коммунальные сточные воды);
• вторую и третью категорию разделяет показатель в 5000 мг/л;
• четвёртая – более 30000 мг/л.

Выявленные взвешенные примеси могут быть удалены механическими методами выполнения очистки. Самый простой из них – элементарное отстаивание.

Определить действенность данного метода позволяет использование показателя «оседающие вещества». Для его получения проба воды набирается в цилиндр и выполняется оценка количества взвешенных веществ, выпавших в осадок за два часа. Может измеряться в процентах от сухого остатка, либо в мг/л. В городских стоках он составляет от 65 до 75 процентов.

Необходимость выявления сухого остатка важна потому, что промышленные стоки требуют очистки с использованием бактерий (биологическая очистка). Кроме того, на указанной стадии величина взвешенных веществ не может превышать 10г/л. В противном случае очистка не достигнет требуемой эффективности.

Более точно говорить, что речь идёт не о сухом, а о плотном остатке, который представляет собой количество твёрдых веществ, содержащихся в фильтрованной пробе.

Значение указанного показателя определяется следующим образом. При температуре порядка 600 градусов имеющийся сухой остаток прокаливается. В результате часть из них сгорает и улетучивается, в результате вес пробы становится меньше. Масса полученного остатка делится на массу первоначальную. В результате получается значение зольности в процентах.

Указанный санитарный показатель является весьма актуальным не только в отношении сточных вод. Он позволяет получить представление о степени загрязнения воды веществами органического и неорганического происхождения. Фактически этот показатель применяется для оценки степени только органического загрязнения. Он может определяться двумя основными типами исследований:

• проведением определённых химических реакций (вычисляется химическая окисляемость – иодатная etc, бихроматная и т.п.);
• с использованием гетеротрофных аэробных бактерий (так называемая биохимическая окисляемость).

Величина окисляемости измеряется потребляемым количеством кислорода: ХПК (химическое) и БПК (биохимическое) потребление кислорода, показатель которого определяется в миллиграммах молекулярного кислорода на литр. Очень важным является отношение БПК/ХПК, так как оно позволяет прогнозировать вероятное количество загрязнителей, которое можно удалить, применяя биологические методы очистки.

Этот показатель считается одним из важнейших для обеспечения высокой эффективности процессов биоочистки и сохранности гидросферы. В промышленных стоках определяется содержание нитритного, нитратного, и аммонийного азота.

От количества соединений указанного вещества во многом зависит степень эффективности проводимой биоочистки. Если азота в промстоках мало, то на этапе биоочистки в воду добавляется хлористый аммоний. Но, как правило, этот показатель превышает норму.

Содержание фосфора всегда многократно превышает ПДК. Объясняется это тем, что фосфаты широко представлены в составе моющих и чистящих средств.

В промышленных стоках значение показателей существенно выше, чем в бытовых. К тому же, к ним добавляются аммиак, цианиды и роданистые соединения.

Эти показатели считаются важными не только в плане определения степени загрязнения, но и для объективной трактовки иных данных, полученных в результате анализов.

Простой пример. Если уровень хлоридов превышает 200 мг/л, то в значение соответствующего ХПК вносится поправка. Иначе придётся осаждать хлориды до того, как приступить к определению бихроматной окисляемости взятой пробы.

Естественные водоёмы максимально страдают именно от указанных типов загрязнений. СПАВ приводят к возникновению эвтрофикации озёр и рек, угнетают процессы, благодаря которым водоёмы самоочищаются, тормозят любые биохимические процессы в них. СПАВ инициируют снижение процентного содержания кислорода в водоёмах и иные процессы, являющиеся губительными для любого биоценоза.

Во время очистки промышленных стоков ПАВ замедляют процессы, обуславливающие осаждение твёрдых взвесей и провоцируют появление в очистных сооружениях пены, а также препятствуют качественной биологической очистке сбрасываемых стоков.

Поэтому содержание СПАВ в промышленных стоках, на момент их поступления в зону биологической очистки, не может превышать 20мг/л. А отдельные фракции (например, жёсткие СПАВ) необходимо предварительно полностью убрать любыми методами.

Специфические элементы, которые определяются в промышленных стоках, делятся на органические и неорганические. К первым относятся нефтепродукты, карбоциклические соединения, смолы, красители, пестициды, фенолы, кетоны, спирты и СПАВ.

Ко вторым причисляются щёлочи, соли, кислоты, иные химические элементы, в числе которых следует отметить свинец, алюминий, хром, фтор, никель, железо, бор, ванадий и т.п.

Перечень обязательных тестов, которые должны проводиться с промышленными стоками, определён действующими нормативами. В первую очередь, он увязан с характером производственного процесса.

Чаще всего присутствуют в стоках животноводческих предприятий. Выполняемый на выходе данный анализ даёт возможность оценить, насколько эффективно действуют очистные сооружения, и позволяет уточнить, какие коррективы следует внести в процесс обработки.

Это заключительный показатель, характеризующий степень загрязнения промышленных стоков и результативность работы очистных сооружений предприятия. В сточной воде концентрация кислорода, как правило, не превышает 0,5 мг/литр, либо он отсутствует совсем. После очистки показатель возрастает до 8 мг/литр.

Выполнение оценки состава загрязнений по качеству и количеству требуется не только для того, чтобы составить план проведения очистных мероприятий, но и для того, чтобы существенно повысить эффективность последних.

источник

Специфика аналитической химии сточных вод, подготовительные работы при анализе. Методы концентрирования: адсорбция, выпаривание, вымораживание, выделение летучих веществ испарением. Основные проблемы и направления развития аналитической химии сточных вод.

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Общий обзор аналитической химии сточных вод

1.1 Специфика аналитической химии сточных вод

1.2 Подготовительные работы при анализе сточных вод

2. Методы концентрирования

2.1 Концентрирование адсорбционным методом

2.2 Концентрирование выпариванием

2.3 Выделение летучих веществ испарением

2.4 Концентрирование вымораживанием

3. Обзор основных проблем и направлений развития аналитической химии сточных вод

Список используемой литературы

Сточные воды — стоки бытовые, производственные и атмосферные, содержащие обычно множество неорганических и органических компонентов, причем точный состав их, даже в качественном отношении, не всегда можно заранее предвидеть. Последнее особенно справедливо в отношении других сточных вод, прошедших через химическую или биологическую очистку. Даже при простом смешении стоков от разных цехов предприятия происходят химические реакции между компонентами этих стоков, приводящие к образованию новых веществ. При хлорировании стоков появляются продукты окисления неорганических и органических веществ и их хлоропроизводные. Биохимической очистке подвергаются промышленные сточные воды, смешанные с хозяйственно-бытовыми водами, и тогда в очищенных водах можно нередко обнаружить самые неожиданные органические соединения. Поэтому при появлении нового вида сточных вод, возникающих не только при создании новых производств, но и при внедрении нового технологического процесса и даже при любом существенном изменении в технологическом процессе, требуется предварительное исследование. В ход определения того или иного компонента, казалось бы, хорошо разработанный и постоянно применяющийся, приходится вносить изменения, а иногда и совершенно менять метод химического анализа.

Каждые «общепринятый», «стандартный» метод определения того или иного иона органического вещества обязательно должен быть проверен на той сточной воде, которую приходится анализировать на данном предприятии. Для этого прибегают к методу стандартных добавок, можно также приготовлять искусственные смеси, имитирующие состав данной воды.

Из трёх основных требований, предъявляемых к аналитическим методам — чувствительность, точность, селективность — важнейшее в анализе вод — селективность. Чувствительность должна быть достаточной для достижения цели анализа, но при этом не чрезмерной. Чрезмерная чувствительность — ошибка, часто совершаемая при выборе подходящего метода анализа. Большая чувствительность необходима лишь тогда, когда аналитик вынужден брать для анализа очень малые навески (или объёмы) анализируемого вещества, как правило, исходный объём пробы при анализе сточных вод — 100-200 мл.

При оценке необходимой точности определения следует учитывать непостоянство состава сточных вод. Так называемые «случайные» пробы, взятые в течение дня, могут очень сильно различаться по составу, но и «среднесуточные» и «среднепропорциональные» пробы настолько изменяются изо дня в день по своему количественному составу, что добиваться большой точности в определении того или иного компонента не имеет никакого смысла. Вполне допустимы результаты анализа, выраженные числами, содержащими только две значащие цифры.

Что касается селективности выбираемого метода анализа, то на нее следует обратить особое внимание. Малая селективность метода анализа может привести к очень большим, и при этом систематическим ошибкам в результатах, совершенно недопустимым.

Сточные воды перед спуском их в водоёмы проходят через различные (химические, биологические и др.) сооружения, что вызывает необходимость контроля состава вод на всех ступенях очистки. Для осуществления такого контроля химики-аналитики должны иметь в своём распоряжении методы анализа как очень сильно разбавленных растворов, какими являются поверхностные природные воды, так и относительно концентрированных растворов. Надо учитывать так же то, что происходящая в нашей стране перестройка технологических процессов с целью сведения к минимуму количества спускаемых вод (а где возможно, и полного их устранения) требует возвращения сточных вод после их очистки в производство. Это означает, что при анализе сточных вод надо определять содержание не только тех компонентов, которые могут повредить здоровью людей, но и тех, которые могли бы помешать производственному процессу.

В настоящее время происходит не только количественное истощение, но и качественная деградация водных ресурсов. В Мировом океане содержится 2*10 12 т органического вещества, поступает же с речным стоком ежегодно 4,5-6,3*10 10 т. Со стоком загрязненных речных вод ежегодно сбрасывается более 3*10 5 т железа, 6,5*10 6 т фосфора, 1*10 6 т нефти, 4*10 5 т свинца, 3*10 5 т детергентов и до 5*10 5 т ртути. Из 550 техногенных веществ, найденных в промышленных сточных водах, 217 квалифицированные как очень опасные и 280 как опасно вредные. К поступлению в гидросферу огромных количеств ксенобиотиков приводит и развитие сельского хозяйства (мелиорация, химизация, интенсификация животноводства и т. п.). С жидкой и твердой фазами в реки выносится большое количество пестицидов: до 12% ДДТ, до 4,4% -гексахлорциклогексана и до 4,7% дильдрина (в паводковый период до 99%).

Проблема влияния сточных вод на формирование состава природных объектов становится жизненно важной. В XXI в. большая часть населения планеты будет в качестве питьевой воды использовать очищенные сточные воды. Можно утверждать, что подготовка и очистка воды превратилась из вспомогательного процесса в самостоятельную капитало- и энергоемкую отрасль промышленности, и как всякая ее отрасль требует надежного и специфического контроля.

1. Общий обзор аналитической химии сточных вод

1.1 Специфика аналитической химии сточных вод

Анализ сточных вод, особенно прошедших очистку, специфическая область аналитической химии. Специфика связана, прежде всего, с многокомпонентностью вод как объекта анализа, низким содержанием (даже в загрязненных водах) определяемых веществ и многовариантностью целей оценки качества вод.

Сточные воды производств содержат, помимо основных продуктов, побочные и промежуточные вещества. Очищенные же сточные воды содержат сотни веществ за счет продуктов, образовавшихся в процессе водоподготовки и водоочистки. Веществами, образовавшимися в процессе водоподготовки и ставшими компонентами очищенных сточных вод любого происхождения, могут быть продукты жизнедеятельности активного ила и галогенсодержащие органические соединения (при хлорировании или озонировании вод образуется порядка 60 новых веществ). Подавляющее большинство этих примесей присутствует в воде в микроколичествах, но часто именно эти микрокомпоненты определяют качество воды. Так, для ряда микропримесей, образующихся при хлорировании или термической обработке вод, доказаны их мутагенный и канцерогенный эффекты. Анализ очищенных сточных вод (и вод водоемов) относится к категории следового анализа. При нормировании качества воды концентрация любого регламентируемого компонента связывается с ПДК этого компонента либо с его концентрацией в водном объекте до сброса. Еще более жесткими становятся требования к чувствительности методик анализа, если учитываются фоновые содержания компонентов поверхностных вод (табл. 1). И наконец, многовариантность оценки качества вод, являющаяся следствием многоцелевого их применения, приводит к тому, что надежное заключение о качестве воды на основе информации только о содержании в ней отдельных компонентов получить практически невозможно. Это обстоятельство делает необходимым поиск принципиально иных методологических подходов к анализу вод. Отмеченная специфика сточных вод как объекта анализа пока мало учитывается, и можно говорить о том, что химический анализ сточных вод как направление еще окончательно не сформировался. К этому следует добавить, что уровень работ в области анализа сточных вод пока неудовлетворителен из-за недостаточного методического и метрологического обеспечения. Задачи анализа сточных вод (перечень контролируемых показателей, диапазоны определяемых содержаний, периодичность) и требования к метрологическим характеристикам методик могут быть сформулированы только на основе соответствующей научно-обоснованной критериальной системы оценки качества вод. Система ПДК (единственная критериальная система в стране, на которую вынужденно ориентируются аналитики и контролирующие организации) для оценки качества сточных вод применима далеко не всегда. Прежде всего, система ПДК преследует цели предохранения от пагубного антропогенного воздействия биоценозов, что не исчерпывает всех случаев водопотребления.

Фоновые содержания некоторых регламентируемых примесей в водных объектах

Нормы ПДК должны относиться к веществам, находящимся в воде, а не к веществам, которые были сброшены в воду. До сих пор разработка ПДК остается исключительно в компетенции медиков-гигиенистов и специалистов-рыбников, и такая практика приводит ко многим очевидным промахам, что затрудняет получение достоверной информации.

При разработке ПДК для водных объектов следует иметь в виду, что неправомерно нормировать ПДК на гидролизующиеся вещества, такие как ангидриды и хлорангидриды кислот, алкоголяты, феноляты, соли аминов и т. п. Частично или полностью гидролизуются до соответствующих кислот все нитрилы и циангидрины. В воде не могут присутствовать гидропероксид изопропилбензола, три- и пентахлориды фосфора.

Технологический контроль качества воды состоит примерно на 40% в оценке ее органолептических свойств, определении мутности (прозрачности) и содержания взвешенных частиц, около 20% анализов, это определение различных суммарных показателей, 29% всех анализов приходится на долю неорганических веществ и только 3%. на долю органических веществ (главным образом, это нефтепродукты, синтетические ПАВ, полиакриламид). До сих пор применяются трудоемкие, например, гравиметрические методики. Не всегда методики в должной мере метрологически исследованы и обоснование их применимости для решения конкретной задачи затруднительно. Так, показано, что «арбитражная» методика определения ХПК Cr («химическое потребление кислорода», оцениваемое по восстановлению Cr₂O₄ 2+ до Cr 3+ ) дает количественные результаты при уровне загрязненности 270 мг О/ дм3 и более, а БПК биохимическое потребление кислорода). с уровня 175 мг О₂/ дм3. Однако обе методики обычно рекомендуют и для анализа гораздо менее загрязненных вод.

Методические сложности анализа вод становятся очевидными, в частности, при межлабораторном исследовании. Немногие из методик, в том числе и основанные на использовании самых современных физических методов, дают возможность надежно определять поллютанты на уровне ПДК. Таким образом, анализ сточных вод относится к определению следовых количеств веществ в композиционно весьма сложной системе. Оптимальная методология таких работ до настоящего времени еще не разработана и их проведение не обеспечено как надежной критериальной базой, так и методическими разработками. Эти обстоятельства и определяют основные проблемы и направления развития аналитической химии сточных вод (да и вод вообще).

1.2 Подготовительные работы при анализе сточных вод

О способах отбора проб воды для анализа имеется много указаний в литературе, а также широкий выбор специальной аппаратуры. В случае необходимости определения органических компонентов, особенно в производственных сточных водах, при отборе проб следует обратить особое внимание на следующие источники ошибок.

1) Возможна потеря летучих веществ в процессе переливания воды или при повышенном доступе воздуха.

2) В промежуток времени между отбором пробы и её анализом может произойти разложение органических веществ под действием микроорганизмов или в результате прохождения химических реакций — окисления или гидролиза.

3) Органические загрязнения могут присутствовать в виде второй фазы, неравномерно распределённой по воде.

При выборе сосудов для отбора проб, в которых должны определиться органические примеси, следует проявлять осторожность в отношении использования синтетических материалов: с одной стороны, возможен переход органического вещества из посуды в пробу воды, с другой — некоторые органические вещества — пестициды, адсорбируются из воды на стенках сосуда, сделанного из синтетического органического материала. Тоже самое можно сказать и об углеводородах. Поэтому, несмотря на некоторые недостатки, стеклянные сосуды со стеклянными пробками имеют преимущества. Разумеется, все сосуды для отбора проб перед употреблением должны быть тщательно очищены, в них не должны оставаться следы примененных органических моющих препаратов.

Если отбор из водохранилища или непроточного водоёма представляет уже некоторые сложности, то они ещё больше возрастают при отборе проб из проточных водоёмов или из непрерывно спускаемых производственных вод с изменяющимся составом. Поэтому отбирающий пробу должен быть информирован о цели анализа, а также о месте и времени отбора пробы, и эти данные должны быть указаны на сосуде с пробой. Ввиду возможного присутствия в производственных сточных водах токсических веществ (H₂S, цианиды) должны быть приняты соответствующие меры предосторожности.

Сначала следует решить, каким целям должна отвечать проба из проверяемого водоёма, например, отстойника, состояние которого считается нормальным.

Место для отбора проб производственных сточных вод устанавливают в зависимости от того, следует ли анализировать сточную воду после того или иного технологического процесса или надо отобрать и проанализировать трубу, характеризующую в равной степени весь процесс производства в целом.

Как уже было упомянуто, особые затруднения вызывает необходимость получения средних знаний пропорциональных значений, если определяемое загрязнение присутствует в виде твёрдого вещества или второй жидкой фазы. В этих случаях более целесообразно отбирать и анализировать каждую фазу в отдельности и найти соотношения обеих фаз.

Допустимые промежутки времени между отбором пробы и её анализом, а также подходящие консервирующие вещества различны при определении разных веществ, так же пробы следует сохранять в темноте, чтобы предотвратить рост водорослей.

2. Методы концентрирования

Многие методы определения настолько чувствительны, что могут быть применены непосредственно для анализа проб воды, однако в случаях необходимо предварительное концентрирование определяемых веществ из большого объёма пробы. Это имеет место, прежде всего при определении токсичных веществ, встречающихся в исключительно низких концентрациях, ниже предела чувствительности соответствующих реакций. Концентрирование может проводиться рядом методов, некоторые из которых описываются ниже.

Методы концентрирования органических компонентов вод

2.1 Концентрирование адсорбционными методами

В качестве адсорбента для водных растворов применяется преимущественно активный уголь. Способ его применения с последующей экстракцией хлороформом. Для определения требуется несколько сотен литров воды.

Особым преимуществом концентрирования на угле является достигаемая степень обогащения, так как из большого объема анализируемой воды при весьма низкой концентрации в ней токсичных веществ можно извлечь относительно большие количества этих веществ. Недостатком метода является то, что не всегда удается полностью десорбировать поглощённые углём вещества, а зачастую они претерпевают на активном угле углехимические изменения.

Разделение системы: активный уголь — адсорбированные вещества на 8 различных фракций. Сначала высушенный активный уголь обрабатывают эфиром, а затем азеотропной смесью из 1,2-дихлорпропана и метана. Последний экстракт после выпаривания азеотропной смеси обрабатывают хлороформом. Так получается две группы веществ:1) нерастворимые в хлороформе; 2) нерастворимые в эфире, но растворимые в хлороформе. Из эфирного экстракта упаренного и обработанного небольшим количеством воды, выделяют вещества группы 3 (легко растворимые в воде). Вещества, не растворившиеся в воде, растворяют в хлористоводородной кислоте. Из последней с помощью едкого натра и эфира выделяют вещества группы 4 (основания) и после нейтрализации уксусной кислотой и экстрагирования эфиром можно выделить вещества группы 5 (амфотерные вещества). Нерастворившуюся в хлористоводородной кислоте часть в виде эфирного раствора обрабатывают 5%-ным водным раствором NaHCO₃ и NaCl. Сильные кислоты переходят в водный раствор, с помощью HCl их выделяют и экстрагируют эфиром. Нерастворившиеся в водном растворе компоненты, представляющие собой фенолы и другие слабокислые соединения (группа 7), взбалтывают с 50%-ным водным раствором NaOH. Оставшиеся в эфирном растворе нейтральные вещества образуют группу 8.

2.2 Концентрирование выпариванием

Пробы воды, содержащие нелетучие и не разлагающиеся при длительном кипячении вещества, можно концентрировать выпариванием до небольшого объёма.

2.3 Выделение летучих веществ испарением

Способ переведение летучих компонентов в газовую фазу и последующим анализом газовой хромотографии.

2.4 Концентрирование вымораживанием

Концентрирование загрязнений, обладающих удовлетворительной растворимостью в воде при низких температурах, можно проводить вымораживанием. При достаточном охлаждении часть воды замерзает в виде компактного слоя льда, а примеси практически полностью остаются в незамерзшем остатке жидкости. Преимущества этой техники вымораживания, состоит в следующем: отсутствуют потери летучих веществ, не протекают реакции разложения неустойчивых при повышенной температуре соединений и исключается возможность загрязнения растворителями.

аналитический химия сточный концентрирование

3. Обзор основных проблем и направлений развития аналитической химии сточных вод

Как следует из вышесказанного, основные проблемы в области анализа сточных вод связаны с метрологическим и методическим обеспечением, а также с нечеткостью постановки задач анализа. Прежде всего, требуется разработать и довести до уровня нормативных документов научно обоснованные критерии качества вод применительно ко всем видам водопользования (промышленного, сельскохозяйственного, рыбохозяйственного, бытового) и благополучия всего биогеоценоза, т.е. необходимые критериальные системы качества вод.

Критерий качества воды — это признак или сумма признаков, на основе которых производится оценка или классификация вод. С точки зрения водопотребления таким критерием может быть характер и степень ограничения водопользования, зависящие от природы и содержания загрязняющих веществ (поллютантов). Загрязняющим веществом в этом случае следует считать все присутствующие в рассматриваемой системе компоненты вод как природного, так и антропогенного происхождения, если содержание вещества превышает уровень безопасного или комфортного существования биогеоценоза.

Не может быть единого ограничительного критерия присутствия того или иного компонента для различных видов водопользования. Этот критерий должен быть различным в той мере, в какой разными могут быть требования к качеству воды в каждом виде водопользования.

Далее, необходимо выработать оптимальный методологический подход к оценке качества воды. Целесообразно использовать подходы, реализуемые при анализе чистых веществ в других областях аналитической химии. Многокомпонентность объекта анализа и многовариантность критериев оценки качества вод наряду с жесткими требованиями к чувствительности определения почти каждого показателя, несопоставимость оценок по отдельным показателям, сведение этих оценок только к констатации факта, удовлетворяет или нет вода нормативным требованиям — все эти факторы осложняют получение надежной и достаточной для принятия ответственного решения информации. Существующих ПДК явно недостаточно для полноты контроля за сбросом поллютантов, особенно органических, у большей части которых имеются гомологи и изомеры. Выход заключается в разработке системы оценки качества вод, основу которой должны составлять обобщенные показатели качества. Обобщенный показатель качества вод (иногда его называют интегральным) — это находимая непосредственным измерением количественная характеристика свойства воды, важного для оценки ее качества и обусловленного совместным влиянием содержащихся в воде компонентов. Такими свойствами могут быть масса органических веществ, масса неорганических веществ, окисляемость, скорость потребления кислорода при данном окислительно-восстановительном потенциале, биоэффекты и т.п. Разумеется, полную характеристику качества воды может дать только система на основе нескольких различных по природе и смыслу показателей. В такую систему могут войти окисляемость, содержание растворенного органического углерода, жесткость воды, общее содержание азота, общее содержание фосфора, буферная емкость (кислотность и щелочность), окислительно-восстановительный потенциал E_h, несколько биотестов и др. Разработка системы обобщенных показателей предусматривает решение ряда задач: выявление показателей, важных для того или иного вида водопользования, их смысловое значение, выбор и установление размерности этих показателей, создание методик их определения. Особо следует подчеркнуть, что обобщенный показатель качества воды должен обладать свойством интерпретируемости применительно к оценке качества воды, т.е. иметь вполне однозначно трактуемое смысловое содержание. Многие из применяющихся сейчас в качестве обобщенных показателей условиям однозначной интерпретируемости или четкой коррелируемости не отвечают. Так, показатель «содержание эфироизвлекаемых веществ» лишен смысла потому, что в диэтиловом эфире растворяются и им в той или иной степени извлекаются все соединения.

Естественным и, видимо, единственным способом оценки возможного биологического влияния компонентов вод является метод биотестирования.

Биотестирование как способ оценки качества воды вошло в практику в начале ХХ в., когда для токсикологической характеристики широко использовали «рыбную пробу». Первые биотесты на дафниях и циклопах были выполнены в 1918 г. С конца 1930-х годов в качестве тест-объектов стали использовать гидробионты разного систематического уровня и с разными трофическими связями. В 1940-41 гг. в систему испытаний включили простейших, ракообразных, червей и рыб. За биологические показатели оценки качества воды были приняты выживаемость, размножение, выживаемость нарождающейся молоди, дыхательный и сердечный ритмы, потребление кислорода, выделение углекислого газа и аммиака как конечных продуктов обмена, дыхательный коэффициент, темп роста и питания, кормовой коэффициент. В 1959 г. в качестве биотестов был предложен ряд показателей «рыбной пробы» — выживаемость, увеличение массы рыб, газообмен и др. В настоящее время биотесты введены в стандарты на качество воды во многих странах. При обсуждении возможной роли биотестирования в будущей системе оценки качества вод необходимо учитывать, что определение только острой токсичности не может дать полной картины. Необходим учет возможных отдаленных эффектов (в том числе тератогенного и мутагенного характера). К тому же биотестирование позволяет изучать влияние только форм веществ, существующих в момент анализа, и не дает возможности учитывать результаты в случае трансформации компонентов. Именно с учетом этих соображений можно сделать заключение, что система оценки качества вод наряду с обобщенными показателями должна включать результаты определения характерных для данного производства или региона групп веществ или индивидуальных соединений, способных оказывать нежелательные отдаленные последствия.

Другими словами, оптимально организованный анализ воды должен предусматривать определение индивидуальных веществ, влияющих на качество воды или трансформирующихся в нежелательные метаболиты, групп веществ сходной химической природы и с одинаковыми ограничительными признаками, например значениями ПДК (отдельные виды нефтепродуктов, неионогенные и анионные синтетические ПАВ и т. п.) и обобщенных показателей качества вод. Полученная таким образом информация может суммироваться в некую «формулу качества воды», в которую каждый показатель будет входить со своим удельным весом, зависящим от значимости этого показателя для данного вида водопользования. Таким образом, наряду с созданием критериальных систем оценки качества вод и системы обобщенных показателей актуальной задачей остается разработка методик определения отдельных компонентов и групп веществ, присутствующих в воде. Решение этой задачи лежит на пути максимальной инструментализации, автоматизации и упрощения аналитических работ при создании надежной базы метрологического обеспечения, в частности, стандартных образцов и веществ. Инструментализация, неизбежно связанная с применением физических и физико-химических методов, позволяет не только существенно увеличить производительность лабораторий, но и повысить информативность аналитических работ, достичь необходимых метрологических характеристик методик.

Очень важна разработка тест-методов анализа вод. Применение тест-методов ведет к существенному упрощению и удешевлению анализа вод по отношению к большинству поллютантов. Нерешенной пока проблемой остается разработка обоснованных требований к метрологическим характеристикам методик анализа вод. Оценить качество воды не всегда означает найти точное значение интересующего нас параметра. Если цель анализа заключается в установлении пригодности воды для данного вида водопользования, то в случае приближения значения определяемого параметра к нормированному значению требуется достаточно высокая точность измерений. Ограничительные нормативные значения показателей качества вод выражаются, как правило, без допустимого интервала (концентрация данного компонента не должна превышать регламентируемое значение).

Высокими должны быть метрологические характеристики методик анализа, с помощью которых проводится паспортизация стоков или полное определение их компонентного состава. Еще одна проблема, касающаяся анализа очищенных сточных вод как следового анализа — разработка экспрессных методов предварительного концентрирования, не вызывающих изменения компонентного состава исследуемого объекта. Это касается, в первую очередь, органических компонентов, приемы концентрирования неорганических веществ разработаны существенно лучше.

В случае использования при концентрировании и анализ химических реактивов (вода, органические растворители, неорганические соли, применяемые, например, при обезвоживании экстрактов) возникает задача их очистки. Так, достаточно высокая степень очистки дистиллированной воды (обычно содержащей около 6 мг/дм3 органического углерода) достигается УФ-облучением в присутствии пероксида водорода, сульфата натрия, промывкой смесью очищенных гексана и ацетона с последующим прокаливанием при 750 о С, а гидрокарбоната натрия- промывкой очищенными гексаном и ацетоном и прокаливанием при 500 о С. В этой связи особое значение приобретают безреагентные методы концентрирования, вымораживание воды, анализ равновесного пара и газовая экстракция, а также интенсивно развивающийся в последние годы метод сверхкритической экстракции.

Вследствие сложности компонентного состава сточных вод особо трудную задачу составляет разработка методов разделения. При этом практический интерес представляет как разделение суммы веществ для получения индивидуальных аналитических сигналов, так и разложение суммарного сигнала от смеси веществ на индивидуальные. При определении металлов с помощью спектроскопических методов (в том числе и спектрофотометрических, особенно производных спектрофотометрии) хорошее разделение сигналов достигается уже в ходе эксперимента. Но при анализе органической фракции вод более обычна ситуация, когда разделение затруднительно или даже невозможно. Учитывая сложность задачи, представляется целесообразным использовать оба принципиально возможных подхода, т.е. предварительное разделение веществ на фракции с получением суммарных спектров фракций и последующим разделением их на спектры индивидуальных веществ или групп веществ.

Особо следует остановиться на работах, связанных с изучением состава сточных вод. Достижения здесь очевидны. Почти в каждой отрасли промышленности накоплена значительная первичная информация. Однако крайне редко предпринимаются попытки оценить степень полноты расшифровки состава. Полная расшифровка компонентного состава вод вряд ли возможна и нужна. Целью таких работ должно быть установление возможного диапазона концентраций компонентов, определяющих пригодность вод данного типа для обусловленного вида водопользования. Поскольку эта степень пригодности оценивается, прежде всего, с помощью обобщенных показателей качества вод, для выяснения полноты расшифровки необходимо сведение баланса определяемых содержаний найденных компонентов по соответствующим обобщенным показателям. При таком подходе общий алгоритм исследования состава вод должен состоять в обнаружении присутствующих в воде компонентов и групп веществ, оценке обобщенных показателей качества вод, расшифровке и количественном определении обнаруженных компонентов.

Проведенный анализ должен обеспечить совпадение рассчитанных по данным количественного анализа и найденных экспериментально величин обобщенных показателей. При необходимости проводится дополнительное выявление не обнаруженных первоначально компонентов. Пока же полнота расшифровки состава вод, а, следовательно, и надежность информации, явно не достаточны.

В данной работе были представлены некоторые методы и проблемы анализа сточных вод. На основании данного материала можно сделать вывод, что анализ сточных вод действительно является одной из проблем в современном мире. Основные проблемы в области анализа сточных вод связаны с метрологическим и методическим обеспечением, а также с нечеткостью постановки задач анализа. Прежде всего, требуется разработать и довести до уровня нормативных документов научно обоснованные критерии качества вод применительно ко всем видам водопользования и благополучия всего биогеоценоза, т.е. необходимые критериальные системы качества вод. Итак, далее аналитики встречаются с проблемами выбора посуды, затем следует проблема отбора пробы воды. Во-первых, это может сделать только специально обученный человек, во-вторых, проба должна браться в определенное время суток и в определённом месте. Затем проблема выбора метода анализа. При исследовании необходимо проводить определённый ряд исследований на основе нескольких различных по природе и смыслу показателей, чтобы полностью проанализировать пробу сточной воды. Так же следует учитывать, что возможна потеря летучих веществ в процессе переливания воды или при повышенном доступе воздуха. В промежуток времени между отбором пробы и её анализом может произойти разложение органических веществ под действием микроорганизмов или в результате прохождения химических реакций — окисления или гидролиза. Органические загрязнения могут присутствовать в виде второй фазы, неравномерно распределённой по воде.

Так же для исследования очень важна разработка тест-методов анализа вод. Применение тест-методов ведет к существенному упрощению и удешевлению анализа вод по отношению к большинству поллютантов. Нерешенной пока проблемой остается разработка обоснованных требований к метрологическим характеристикам методик анализа вод. Оценить качество воды не всегда означает найти точное значение интересующего нас параметра. Если цель анализа заключается в установлении пригодности воды для данного вида водопользования, то в случае приближения значения определяемого параметра к нормированному значению требуется достаточно высокая точность измерений. Еще одна проблема, касающаяся анализа очищенных сточных вод как следового анализа — разработка экспрессных методов предварительного концентрирования, не вызывающих изменения компонентного состава исследуемого объекта. Так же следует отметить, что сточные воды перед спуском их в водоёмы проходят через различные (химические, биологические и др.) сооружения, что вызывает необходимость контроля состава вод на всех ступенях очистки. Для осуществления такого контроля химики-аналитики должны иметь в своём распоряжении методы анализа как очень сильно разбавленных растворов, какими являются поверхностные природные воды, так и относительно концентрированных растворов. Надо учитывать так же то, что происходящая в нашей стране перестройка технологических процессов с целью сведения к минимуму количества спускаемых вод (а где возможно, и полного их устранения) требует возвращения сточных вод после их очистки в производство. Это означает, что при анализе сточных вод надо определять содержание не только тех компонентов, которые могут повредить здоровью людей, но и тех, которые могли бы помешать производственному процессу.

В итоге можно сказать, что процесс анализа сточных вод — громоздкая работа. Трудоемкость анализа вод существенно снижается при групповом определении веществ, которые имеют близкие по характеру ограничения и величины ПДК (например, нефтепродукты, синтетические анионные ПАВ, неионогенные ПАВ, катионные ПАВ и т. п.). Создание соответствующих методик является также важной задачей химиков-аналитиков.

Список используемой литературы

1. Климовицкая Л.М., Котов Ю.С., Справочное руководство по компонентному составу водостоков и сточных вод различных производств, Казань, 1992 г.

2. Лейте В., Определение органических загрязнений питьевых, природных и сточных вод, Ленинград, 1973 г.

3. Лурье Ю.Ю., Химический анализ производственных сточных вод, Москва, 1984 г.

4. Дедков Ю.М., журнал «Аналитическая химия», 1987 г., т. 49, №12, с. 2117- 2127.

5. Дедков Ю.М., Российский химический журнал, 2002 г., т. XLVI, №4.

6. Ровинский Ф.Я., Мониторинг фондов загрязнения природных сред, Санкт-Петербург, Гидрометеоиздат, 1986 г., №4, с. 19.

7. Кельина С.Ю., Елизоров О.В., журнал «Аналитическая химия», 2000 г., т. 55, №6, с. 863-868.

источник