Оценка качества очистки сточных вод

    Как показывают результаты исследований, до места спуска сточных вод в речной воде в течение года содержится небольшое количество аммиака. Самые высокие его концентрации отмечены в весеннее - летний период, самые низкие – зимой. В течение всего года значения данного показателя не превышали ПДК, т.е. вода здесь не загрязнена. Уровень содержания аммонийного азота в речной воде после сброса очищенных стоков увеличивается и становится максимальным в летний период. Весной его концентрация становилась еще ниже. Повышение содержания аммиака в теплые сезоны года объясняется попаданием большого количества органических загрязнений с поверхностным стоком. Не исключено, что в зимний период процессу аммонификации препятствует низкая температура.

    Концентрации нитритов в речной воде до сброса очищенных стоков в течение всего года не превышали ПДК, самыми высокими были летом, минимальными – зимой. После сброса сточных вод уровень содержания нитритов в природной воде увеличился в 1,5; 1,7; 1,8; 2 раза.   Увеличения содержания нитратов в речной воде не отмечалось, а их количество соответствовало допустимому уровню как до, так и после сброса в реку очищенных сточных вод.

Присутствие нитритов и нитратов в воде может являться признаком промышленного загрязнения. Также причиной повышенного содержания нитратов и нитритов может служить понижение температуры, при температуре +9°С снижается скорость нитрификации, при температуре +6°С процесс прекращается полностью.

Мы считаем, что присутствие в воде реки минеральных со­ставляющих азота отрицательно сказывается на развитии и жизне­деятельности гидробионтов, так как нитрификация требует больше­го количества кислорода

2NH4+ + ЗО2 = ЗН+ + 2NO2- + 2Н2О

Нитраты, попадая в желудочно-кишечный тракт с питьевой во­дой и продуктами питания, редуцируют в нитриты, быстро всасы­ваются в кровь, концентрируясь в эритроцитах, обладают выражен­ной способностью окислять гемоглобин эритроцитов с образованием метгемоглобина, не способного снабжать ткани кислородом, в ре­зультате чего развивается гипоксия у человека и рыб.

    Основным лимитирующим веществом для развития водоросле­вого «цветения» в водоеме, в большей степени воздействующим на процесс эвтрофикации,  является биогенный элемент фос­фор.

Под термином «общий фосфор» понимают все виды фосфатов, содержащихся в воде - растворимые и нерастворимые, неорганиче­ские и органические соединения фосфора. Установлено, что доста­точно удалить из сточных вод один из основных биогенных элемен­тов (азот и фосфор) и «цветение» в водоеме, куда сбрасываются эти сточные воды, не развивается. Поэтому удаление фосфора из сточ­ных вод перед сбросом их в водоемы является более необходимым, чем удаление азота.

13. Содержание анионов в речной воде до и после сброса очищенных сточных вод, мг/дм3

Как видно из таблицы 13, содержание фосфатов в речной воде до сброса очищенных сточных вод соответствовало допустимым величинам, после сброса – увеличивалось в 2,2; 2,1; 2,5; 2 раза и превышало ПДК  в 1,3; 1,9; 2,4; 1,8 раза зимой, весной, летом, осенью.  Концентрации сульфатов и хлоридов не  превышали ПДК и удерживались на одном уровне до и после сброса очищенных сточных вод. Максимальный уровень сульфатов установлен в обеих контролируемых зонах в летний период, хлоридов – в осенний, минимальный – зимой и летом. Выявленные сезонные изменения связаны с загрязнением речной воды дождевыми сточными водами, несущими в себе загрязняющие вещества органической природы.

    Подтверждением выше сказанному являются данные, полученные при определении окисляемости речной воды. От нее зависит суммарное количество всех углеродсодержащих органических соединений. Повышенная окисляемость воды указывает на загрязнение источников водоснабжения органическими веществами.

    Результаты определения окисляемости воды представлены в таблице 14.

Из таблицы видно, что даже выше места сброса стоков в летний период окисляемость воды в реке высокая и равна значению 1,07 ПДК. Это объясняется загрязнением воды поверхностным стоком во время паводка  и дождей. После сброса очищенных сточных вод окисляемость  речной  воды повышается зимой на 33; весной  на 51; летом на 26; осенью на 27 %. Следует отметить, что в зимнее время этот показатель фактически равен предельно допустимому значению, а весной, летом и осенью превышает его на 8,3; 35 и 8,4 % соответственно.

14.  Окислительные свойства речной воды, мг О2/дм3

         Исходя из того, что перманганатная окисляемость является показателем легкоокисляемой органики, можно полагать, что содержание легкоокисляемых загрязняющих веществ органической природы в реке достаточно высоко. Однако необходимо учитывать, что среди загрязняющих веществ имеются органические соединения, которые могут служить субстратом для микроорганизмов. Поэтому при оценке качества воды используют такой важный показатель как биохимическое потребление кислорода (БПК).

    Как показывают данные таблицы 14 и рисунка 3, наиболее высокие значения БПКполн установлены в речной воде до сброса стоков зимой и весной, которые превышали ПДК   на 8 и 6,5 % соответственно, после сброса – зимой - в 1,9, весной и летом – в 1,8 раза, осенью значение этого показателя снижалось, но все же превышало уровень ПДК на 27 %.

    Факт увеличения БПКполн в весенний и летний периоды можно объяснить поступлением в реку поверхностного стока. Почвенный покров, богатый органическими веществами, смываемый частично талыми и ливневыми водами, является источником загрязнения реки органическими веществами, увеличивающими в воде величину БПКполн. Поэтому факт высокого значениия БПКполн речной воды в точке выше сброса очищенных сточных вод объясняется антропогенным загрязнением самих поверхностных вод органическими и минеральными веществами, смываемыми с несанкционированных свалок на берегу реки, на окисление которых также расходуется кислород.

Рис. 3. Сезонная динамика БПКполн в речной воде до и после сброса очищенных сточных вод

В то же время нельзя исключать очень важный фактор, суще­ственно влияющий на результат углеводного БПК - это процесс нитрификации в пробе, значительно увеличивающий потребление кислорода, которое заметно возрастает после завершения биохими­ческого разложения углеродсодержащих органических загрязняю­щих веществ в начале стадии нитрификации. По этой причине ре­зультаты анализа БПКполн могут быть сильно искажены, что особенно характерно для проб, содержащих нитрифицирующие бактерии и азотистые загрязнения.

В целом, полученные данные исследований свидетельствуют, что большое количество кислорода речной воды расходуется для дыхательной деятельности микроорганизмов, использующих органическое вещество из исследуемых вод для роста и метаболизма.

Данное предположение подтверждается снижением уровня содержания растворенного кислорода, по сравнению с ПДК в речной воде после сброса - зимой – на 5; весной – на 19,8 %.

Тяжелые металлы - наиболее распространенная группа ток­сичных, трудноокисляемых загрязнений, присутствующих в водах как сточных, так и природных. В водах металлы представлены раз­нообразными химическими соединениями во взвешенной, коллоид­ной, растворенной и нерастворенной формах.

Катионы металлов по своей токсичности значительно различаются и по убыванию        их       можно       расположить       в        следующий       ряд: Hg2+>Cd2+>Zn2+>Cu2+>Pb2+>Ni2+>Co2+>Sn2+>Ba2+>Fe2+>Mn2+>Sr2+>Mg2+>Ca2+ (Фрумин, 1995).

В процессе биохимической очистки часть ионов тяжелых металлов аккумулируется илом. Экспериментально установлены усредненные нормы эффективности удаления некоторых металлов на сооружениях биологиче­ской очистки: Сг - 63-99%, Си - 69-98%, Zn - 44-100%, Ni - 25-74%, Fe - 87-98% (Brown, Lester, 1979).

Нами проведены исследования по измерению массовой концентрации железа общего, никеля и хрома в воде реки Сухона до и после сброса в нее очищенных сточных вод.

15. Содержание тяжелых металлов в речной воде до и после сброса очищенных сточных вод, мг/дм3

Результаты исследований показали, что концентрация железа в пробах воды после превышала ПДК во все изучаемые периоды, кроме зимнего (таблица 15).

Наиболее высокое содержание железа общего нами установлено в речной воде до сброса летом - 0, 17 мг/дм3, что выше ПДК в 1,7 раза, весной и осенью оно несколько снижалось, но все же было осенью в 1,2 раза выше ПДК. После сброса очищенных сточных вод во все периоды значение изучаемого пока­зателя увеличивалось и продолжало превышать нормативный уровень в 2,2 раза летом и в 1,9 раз осенью, весной было равно ПДК. Железо — один из наиболее распространенных после алюминия компонентов земной коры (4,65% по массе): в воде океанов его массовый кларк составляет 0,000001%, в биосфере - 0,0005%. В природных водах его среднее содержание колеблется в ин­тервале 0,01-26,0 мг/л. В большинстве водоемов концентрация железа составляет до 0,01 мг/л.

Железо входит в состав дыхательных белков, поэтому роль его в организме весьма важна. Железо служит необходимым материалом для синтеза гемоглобина. Этот процесс протекает нормально при наличии определенных коли­честв железа, меди и кобальта. Активно аккумулирует железо водная флора, причем интенсивность накопления зависит от времени года. Содержание железа в моллюсках значительно зависит от видовых и региональных различий. Высокие концентрации железа оказывают токсический эффект на гидробионтов.

Содержание никеля и хрома в речной воде было ниже допустимых величин во все наблюдаемые периоды (кроме зимнего) до и после сброса очищенных сточных вод. Самые высокие концентрации никеля были установлены летом и осенью, хрома – зимой.

Никель относится к редким элементам, но в отдельных местностях содержание его весьма значительно. Кроме природных никелевых провинций существуют еще и техногенные. Наиболее токсичными считают хорошо растворимые хлорид никеля, ацетат никеля, сульфат никеля, наименее токсичным является металлический никель.

Согласно литературным данным, токсическое действие хлорида никеля проявляется при концентрации 2,5 мг/мл воды.

Важным моментом наших исследований является выявление в речной воде хрома - металла, поступающего в природные водоемы, в основном, в результате антропогенной деятельности.

В воде встречаются трехвалентные катионы хрома в составе его сульфатов, хлоридов и нитратов или шестивалентный хром в виде анионов гидрохромата и хромата. В воде растворяются хлориды, нитраты и сульфаты хрома, хроматы и бихроматы натрия, калия, аммония. На рыб хром оказывает кожно-резорбтивное действие.

Помимо специфического токсического действия ионов хрома, его соединения (хромноватая кислота и бихроматы) влияют на рыб косвенно, снижая рН воды. С повышением жесткости воды токсичность соединений хрома снижается.

В связи с тем, что многие загрязняющие вещества в воде реки Сухона до и после сброса очищенных сточных вод находились в концентрациях, превышающих ПДК, нами проведена интегральная оценка водоема (по среднегодовым данным).

С этой целью для расчета индекса загрязняющих веществ (ИЗВ), нами выбраны следующие показатели: рН, концентрация взвешенных веществ, содержание рас­творенного кислорода, БПКполн, перманганатная окисляемость, концентрация общего железа.

До сброса очищенных сточных вод ИЗВ составил 1,34: после сброса - 1,69.

Согласно полученным значениям ИЗВ можно сделать заключе­ние, что вода реки Сухона на момент исследования соответствовала 3 классу качества и характеризовалась как «умеренно загрязненная».

Таким образом, любые загрязняющие гидросферу вещества, в том чис­ле и металлы, должны тщательно исследоваться и оцениваться. При этом необходимо учитывать не только острое, но и продолжительное или хроническое воздействие загрязняющих веществ и соответствующие им симптомы интоксикации у людей, животных, рыб и растений.

Выводы

1. Из-за нестабильной работы МУП «Водоканал»  происходит неконтролируемый сброс в реку Сухона сточных вод, содержащих тяжелые металлы и органические вещества в количествах, превышающих ПДК.

2. Сточные воды, поступающие на очистку не соответствуют  требованиям СанПиН по прозрачности. Концентрация фосфатов была выше ПДК в 6,7 раз, зимой, весной, летом и осенью в 11,9; 16,5; 7,8 раз.  

3. Биохимическое потребление кислорода было в пределах допустимых величин,  однако, летом превышало ПДК в 8,8 раза.

4. Содержание тяжелых металлов  во все периоды года превышает ПДК: по железу общему – в 1,2 – 3,5 раз, по никелю – 1,7-1,8  раза, по хрому – на 18-35 %.

5. В сточных водах после очистки установлены повышенные концентрации некоторых компонентов, которые превышали предельно допустимые:  по взвешенным веществам – в 2,91, оседающим веществам – в 2,21 раз,  нитритам – в 2,25, фосфатам – 7,4,3, БПК полн, - 2,3, железу общему – в 2, никелю – в 1,5, хрому8,6 раз.

6. Содержание взвешенных веществ в речной воде после смешения с очищенными сточными водами превышало ПДК в 1,7- 3 раза.

7. Уровень содержания соединений азота в речной воде после сброса очищенных стоков во все периоды года был ниже ПДК.

8. Содержание фосфатов в речной воде после сброса сточных вод превышало ПДК  в 1,3 – 2,4 раза.  

9. Высокие значения БПКполн установлены в речной воде до сброса стоков, которые превышали ПДК   от 27 % до 1,9 раза.

10. Содержание железа общего в речной воде после сброса очищенных сточных вод  превышало ПДК летом в 2,2; осенью в 1,9 раз.

17. Вода реки Сухона на момент исследования соответствовала 3 классу качества и характеризовалась как «умеренно загрязненная».

Использованная литература

1. Алферова, А.А. Замкнутые системы водного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов. - М.: Стройиздат,
1987.-352 с.

2. Алексеев, Л. С. Контроль качества воды. - М.: ИНФРА-М, 2004. - 159 с.

3. Бабенков, Е. Н. Очистка воды коагулянтами. - М.: Наука, 1977. - 137 с.

4. Беспамятнов, Г.П. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. - Л.: Химия, 1987. - 375 с.

5. Бородатый, И.Т. Методическое руководство по анализу природных и сточных вод. - Чел.: Южно-Уральское кн. Изд., 1973. -178 с.

6. Вронский, В. А. Экология: Словарь-справочник. - Изд. 2-е. - Ростов
н/Д.: Феникс, 2002. - 576с.

7. Голубовская, Э. К. Биологические основы очистки воды. - М: Высшая
школа, 1978.-268 с.

8. Громов, Б.В. Проблемы   развития   безотходных производств. - М.: Стройиздат, 1985. - 256 с.

9. Дуганова, Г.В. Охрана окружающей природной среды. - Киев: Высшая школа, 1990. - 165 с.

10. Евилович, А.З. Утилизация осадков сточных вод. - М.: Стройиздат,
1989.-158 с.

11. Жуков, А.И. Методы   очистки производственных сточных вод. - М.: Стройиздат, 1988. - 206 с.

12. Жуков, А.И. Методы   очистки производственных сточных вод. - М.: Химия, 1996. - 345 с.

13. Жукова, А. И. Канализация. - Изд. 4-е. - М.: 1969. - 179 с.

14. Замарин,  Е. А. Гидротехнические сооружения. - М.: Стройиздат, 1965. - 289 с.

15. Ивчатов, А. Л. Химия воды и микробиология. - М.: ИНФРА-М, 2006.-218 с.

16. Карпинский, А. А. Новые достижения в технологии сбраживания осадков сточных вод. - М.: Стройиздат, 1959. - 215 с.

17. Кафаров, В.В. Принципы    создания    безотходных    химических
производств. - М.: Химия, 1994. - 276 с.

18. Клепиков, А. И. Очистка промышленных сточных вод. - Чел.: Челябинская городская типография № 1, 1975.-8 с.

19.  Клячко, В. А.  Очистка  природных  вод.  - М.: Стройиздат, 1971. - 176 с.

15.          

20. Лурье, Ю. Ю. Химический анализ производственных сточных вод. - Изд. 3-е. М.: Химия, 1966. - 168 с.

21. Максимовский, Н. С. Очистка сточных вод. - М.: Стройиздат, 1961. -193 с.

22. Небел, Б. Наука об окружающей среде т. 1, М.: Мир, 1993. - 258 с.

23. Петров, К.М. Общая экология: Взаимодействие общества и природы: Учебное пособие для вузов. - 2-е изд., стер. - СПб: Химия, 1998. - 352
с.

24. Резников,  А. А. Методы анализа природных вод. - Изд. 2-е. М.: Госгеолтехиздат, 1963. - 149 с.

25. Родзевич,  Н. Н. Геоэкология и природопользование. - М.: Дрофа, 2003.-256 с.

26. СанПиН 2.1.5.980-00. Гигиенические требования к охране поверхностных вод. - М.: Минздрав, 2001.

27. Соколова, В.Н. Охрана производственных сточных вод и утилизация осадков. - М.: Стройиздат, 1992. - 259 с.

28. Смирнов, Д. Н. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. - М.: Металлургия, 1989. - 204 с.

     29. Туровский, И.С. Обработка осадков сточных вод, М.: Стройиздат, 1984.
- 163 с.

30. Удаление металлов из сточных вод. Под редакцией Дж. К. Кушни. -
М.: Металлургия, 1987. - 147 с.

31. Юшманова, О.А. Комплексное   использование   и   охрана   водных   ресурсов. - М.: Агропромиздат, 1985. - 328 с.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5