Основные процессы очистки сточных вод нефтеперерабатывающих заводов и их предназначение

 

Процессы очистки сточных вод	Результат процесса
Предварительное удаление нефтепродуктов ловушками и грани ищионным отстаиванием	Удаление толстой и тонкой пленок нерастворимых углеводородов, взвесей (песка, глины)
Физико-химическая очистка: химическое коагулирование и гравитационная сепара­ция, нейтрализация рН	Осаждение углеводородных эмульсий, серосодержащих соединений, металлов
Биологическая очистка	Изъятие органических загрязняющих веществ, фенолов, альдегидои, соединений серы, азота (нигрификация- денифификация), углеводородов. Mcia.uion
Доочистка	Изъятие сложноокисляемых органических соединений, фосфора и полициклических ароматических углево­дородов

Флокулообразование и целостность хлопьев, а также жизнедеятельность отдель­ных организмов может быть нарушена повышенной соленостью нефтесодержащих сточных вод, которая иногда находится на предельном для пресноводных организмов уровне 10-12 г/дм³. Адаптированный к таким сточным водам активный ил может вы­держать соленость не более 15-20 г/дм³ (Берне, Кордонье, 1997), при этом фермента­тивная активность его резко снижается.

Подкормки ила связаны с экономическими затратами и сложностью поддержания стабильных концентраций, однако при содержании органических загрязняющих ве­ществ, характеризуемых показателем БПК₅ менее 100 мг/дм³ в нефтесодержащих сточных водах, поступающих на биологическую очистку, — нарушения функциониро­вания и сокращение прироста ила неизбежны. Обязательно следует подкармливать та­кой ил органикой и фосфорсодержащими удобрениями или обеспечить ацидофика-цию сырого осадка. Недостаток основных питательных веществ в очищаемых сточных водах стимулирует развитие вспухания ила, а следовательно, его потери с увеличива­ющимся выносом из вторичных отстойников, что на фоне пониженного прироста может привести к существенной потере окислительной мощности. Поэтому на соору­жениях биологической очистки с повышенным содержанием нефтепродуктов в посту­пающих сточных водах (более 10 мг/дм³) необходимо поддерживать высокие значе­ния возраста ила (10-20 сут), его концентрацию (от 2 до 4 г/дм³, если позволяют

2.5.2. Углеводороды (нефтепродукты)

305

возможности вторичных отстойников) и процент регенерации (50-100 %). В против­ном случае процессы нитрификации будут подавлены, а их глубина очень важна, так как в нефтесодержащих сточных водах содержание соединений азота высокое. Это же положение требует успешной денитрификации при очистке сточных вод нефте­перерабатывающих и нефтехимических заводов. Денитрификация таких вод может быть осуществлена только при добавках в денитрификатор дополнительных органи­ческих веществ, поскольку их содержание в поступающих на очистку водах, как пра­вило, низкое.

Если в сточных водах, поступающих в аэротенки, много восстановленных соеди­нений серы (что характерно для нефтесодержащих сточных вод) они в аэробных ус­ловиях окисляются и переходят в сульфаты, этот процесс сопровождается понижени­ем рН в аэротенках иногда до 4-5, что неблагоприятно для активного ила, как и при­сутствие самих серосодержащих соединений, которые, как правило, токсичны. Содер­жание сульфидов в поступающей воде 30-40 мг/дм³ способствует угнетению, а более 100 мг/дм³ гибели ила. Поэтому удовлетворительное реагентное удаление восстанов­ленных соединений серы должно быть обеспечено на стадии предварительной физи­ко-химической очистки или они могут быть окислены кислородом воздуха на стадии преаэрации сточных вод.

Содержание фенолов в сточных водах при нефтепереработке может составлять 20-100 мг/дм³, тогда как их удовлетворительное изъятие в процессе биологической очи­стки может быть обеспечено при концентрации в аэротенках не более 2-2, 5 мг/дм³ (Берне, Кордонье, 1997).

Удаление полициклических ароматических углеводородов осуществляется на со­оружениях доочистки, фильтрах с активированным углем, который при его хороших свойствах сорбирует до 250 кг загрязнений на 1 м³, после чего может быть подвержен термической регенерации. В США активированный уголь добавляется непосредствен­но в аэротенки в виде гранул в количестве 15-40 мг/дм³ для сорбции токсичных, инертных к биоразложению углеводородов (Wastewater Engineering, 1991). При этом частички активированного угля обрастают биопленкой ила, благодаря чему обеспечи­вается сочетание процессов сорбции и биоокисления загрязняющих веществ.

2.5.2.2. Анализ нефтепродуктов. Анализ нефти и нефтепродуктов в воде можно осуществлять дифференциальными (газожидкостная хроматография, хроматомасс-спектрометрия) или интегральными (УФ-, ИК-спектрофотометрия, спектрофлуоро-метрия) методами, причем интегральные методы проще и удобнее для целей контро­ля сточных вод.

Применение дифференциальных методов из-за дорогостоящего оборудования оп­равдано только в тех случаях, когда необходима идентификация источника загрязне­ния какого-либо объекта нефтью. Поэтому эти методы рекомендуется применять при осуществлении государственного экоаналитического контроля при разливах нефти или для установления виновника аварий.

Для практических целей контроля качества сточных вод на сооружениях биологи­ческой очистки очень трудно порекомендовать один оптимальный метод определения нефтепродуктов из-за присутствия в этих водах большого количества различных дру­гих экстрагируемых примесей как бытового, так и промышленного происхождения.

306

Контролируемые гидрохимические показатели качества сточных вод

Глава 2

По некоторым данным в городских сточных водах доля нефтепродуктов составляет не более 10-14 % от общего содержания экстрагируемых веществ, а в биологически очищенных водах она возрастает до 17 % (Филиппов и др., 1975). Поэтому при кон­троле нефтепродуктов в сточных водах желательно применять не менее двух методов: арбитражный гравиметрический и какой-либо интегральный метод, например, инф­ракрасную спектрофотометрию (ИКС) или спектрофлуорометрию.

Для исчерпывающей оценки нефтяного загрязнения (соотношение углеводородов различных гомологических рядов, количество алканов нормального и изостроения, ал-кенов, аренов с различным числом колец и т.п.) необходимо применять несколько ме­тодов, включая хроматографические.

Очень важно, чтобы все данные по содержанию нефтепродуктов в водных средах обязательно сопровождались сведениями о том, какой метод применялся для их об­наружения. Поскольку только в этом случае в какой-то степени ясно, что именно было обнаружено в исследуемой пробе.

Комиссией по унификации методов анализа природных и сточных вод стран-чле­нов СЭВ в 1968 г. условно принято считать за «нефтепродукты» сумму неполярных и малополярных соединений, растворимых в гексане. Поэтому экстракция осуществ­ляется неполярным растворителем, а полярные примеси из экстракта удаляются на сорбенте, не сорбирующем неполярные и малополярные соединения. В качестве сор­бентов применяются, в основном, оксид алюминия и флорисил.

Остановимся на том, что важно знать, определяя нефтепродукты в сточных водах, а также анализируя полученные результаты.

Нефтепродукты из водной среды хорошо сорбируются на стенках посуды, особен­но изготовленной из пластика. Для отбора проб необходимо использовать индивиду­альный (только для нефтепродуктов) и только стеклянный пробоотборник, который регулярно моется, а перед отбором проб обрабатывается чистым растворителем.

Чтобы оценить, насколько опасны для процесса биологической очистки загрязнен­ные нефтью сточные воды, поступающие на сооружения, — важно получить и проана­лизировать пробы с содержанием растворенных и взвешенных нефтепродуктов, по­этому отбор проб производится с глубины 0, 5 м, а не со дна и не с поверхности, пос­леднее часто приходится наблюдать на очистных сооружениях, так как бытует убеж­дение: главное — уловить пленку. Однако, в процессе анализа более всего теряются летучие компоненты нефти, а в пленке они составляют значительную долю. В плен­ке, как правило, присутствуют наиболее безопасные для бактерий фракции нефтепро­дуктов, поэтому для оценки влияния на активный ил и процессы самоочищения в водоеме такой анализ мало информативен. Кроме того, пленочные нефтепродукты анализируются всегда отдельно, а при отборе проб применяются специальные пробо­отборники. При параллельном пробоотборе нельзя отобранную пробу делить на две части, предпочтительно провести последовательный одномоментный отбор проб. В процессе пробоподготовки желательно не использовать процедуру разбавления про­бы. При разбавлении пробы изменяется состав раствора и состояние нефтепродуктов, у которых при этом активизируется свойство осаждения на стенках посуды. Если раз­бавление пробы неизбежно, необходимо провести контроль с добавкой стандартного образца нефтепродуктов. Экстракты, полученные неполярным растворителем,

 

2.5.2. Углеводороды (нефтепродукты)

307

содержат не только нефтепродукты, присутствующие в пробе, но и те, которыми мо­жет быть загрязнено все, что используется в анализе (посуда, реактивы, растворитель, пробоотборник, дистиллированная вода и т.д.), а также сопутствующие углеводороды, кислоты и некоторые другие органические соединения.

При оценке загрязнения природных водоемов нефтепродуктами, поступающими со сточными водами, в некоторых случаях необходимо учитывать, что в природных водоемах, кроме антропогенно внесенных, присутствуют естественные углеводороды, которые продуцируются, в основном, планктоном. Эта продукция в мировом океане составляет 10-12 млн т в год (Патин, 1997) и очень незначительна в сравнении с ан­тропогенно вносимым загрязнением (для сравнения: 70 млн т нефтепродуктов было внесено в море только в период конфликта в Персидском заливе в 1991 г.).

В незагрязненных нефтепродуктами водных объектах концентрация естественных углеводородов может колебаться: в морских водах от 0, 01 до 0, 10 мг/дм³ и выше, в реч­ных и озерных водах от 0, 01 до 0, 20 мг/дм³, иногда достигая 1-1, 5 мг/дм³ при трофи­ческой перегрузке, связанной с цветением водоемов (Справочник по гидрохимии, Internetffles, 2000).

Для идентификации природных углеводородов используются методы газожидко­стной хроматографии и хроматомасс-спектрометрии, обеспечивающие точную коли­чественную и качественную характеристику обнаруженных нефтепродуктов, их «от­печатки пальцев». При этом принимается во внимание, что природные углеводоро­ды — это, в основном, насыщенные алифатические и олефиновые. При антропогенном загрязнении в анализируемой пробе преобладают ароматические углеводороды. Кро­ме того, природные углеводороды характеризуются преобладанием я-алканов с чет­ным числом атомов углерода (при хроматографическом анализе определяется индекс четности атомов углерода я-алканов).

Каждый метод определения нефтепродуктов имеет свои достоинства и недостат­ки (см. Приложение 4) и каждый хорош в рамках своих возможностей; нет метода, который можно рекомендовать как предпочтительный для всех случаев анализа сточ­ных или природных вод.

Весовой метод определения нефтепродуктов в активном иле. На сооружениях биологической очистки при повторяющихся аварийных сбросах важно контролировать накопление нефтепродуктов непосредственно в активном иле; как уже отмечалось, предельное их содержание не должно превышать 10-15 % от сухой массы ила. Однако соответствующей методики нет ни в Федеральном реестре мето­дов анализа, ни в сборниках методов анализа. Поскольку методика анализа активно­го ила не предназначается для экоаналитического контроля, а только для целей кон­троля процесса биологической очистки, позволим себе привести здесь наиболее при­емлемый вариант такой методики.

При определении нефтепродуктов в активном иле следует учесть, что:

клетки ила содержат жиры и жироподобные вещества, которые будут включены в результат анализа, если применяемый метод анализа не разделяет жиры и нефтепро­дукты;

при высушивании активного ила с использованием сушильного шкафа результаты могут быть сильно занижены за счет потерь летучих компонентов нефтепродуктов,

308

Контролируемые гидрохимические показатели качества сточных вод

Глава 2

 

поэтому лучше использовать метод экстракции с сульфатом магния (Standard methods for the Examination of Water and Wastewater. Seventeenth edition. Washington, 1989), ко­торый частично заимствован при разработке методики, приводимой ниже.

Приборы, реактивы и посуда, необходимые для анализа:

аналитические весы; колонка для экстракции высотой 12-15 см; холодильник Ли-биха; водяная баня; колбы 50, 150, 250 см³; химические стаканы 50, 150 см³; фарфо­ровая ступка с пестиком; стеклянная вата; концентрированная НО; моногидрат суль­фата магния MgSO₄^#H₂O; Н-Гексан (HC₆Hi₄) х.ч.; хлороформ (CHCL₃) х.ч.; окись алю­миния А1₂О₃ безводная, х.ч., активированная при t = 600+10 °С в течение 4-х часов.

Вата, окись алюминия и колонка должны быть предварительно промыты раство­рителем так, чтобы в них не содержались нефтепродукты. Колонка с окисью алюми­ния используется только на одну пробу.

Ход анализа.

Возвратный ил (с известной массой по сухому веществу) после отстаивания и кон­центрирования в цилиндре путем сифонирования надиловой воды наливается в 150 дм³ химический стакан так, чтобы ила по сухой массе было 20+0, 5 г.

В стакане активный ил ацидофицируется при рН равным 2 (обычно достаточно до­бавить 0, 3 см³ концентрированной НС1), после чего в колбу добавляют 25 г MgSO4*H₂O (предварительно накануне анализа моногидрат сульфата магния высуши­вается в сушильном шкафу при 150 °С в течение 12 ч) и растирают ил с реактивами в пастообразную массу, которая собирается на краю мензурки для обеспечения пос­ледующего сбора. Для застывания этой пасты дают постоять 15-30 минут, затем она растирается в ступке и взвешивается. Навеску высушенного активного ила помеща­ют в колбу емкостью 150 см³, смачивают хлороформом до влажного состояния. Затем несколько раз проводят экстракцию путем добавления 10-15 см³ хлороформа до по­лучения в последней порции бесцветного экстракта. Полученную хлороформную вы­тяжку выпаривают в вытяжном шкафу на водяной бане или удаляют хлороформ ме­тодом отгонки. С этой целью экстракт помещают в колбу емкостью 250 см³, которая соединяется с холодильником Либиха, и ставят ее на водяную баню для выпаривания. Когда в колбе останется 20-25 см³ жидкости, отгонку прекращают. Содержимое кол­бы сливают в стаканчик емкостью 50 см³, колбу дважды ополаскивают хлороформом (по 10 см³). Эти две порции хлороформа сливают в тот же стаканчик, который поме­щают в вытяжной шкаф для испарения.

Для очистки полученного экстракта готовят колонку, представляющую собой стек­лянную трубку высотой 12-15 см диаметром 1 см с оттянутым нижним концом до ди­аметра, равного 1 мм. В нижнюю часть колонки вкладывают слой стеклянной ваты толщиной 1 см, затем колонку заполняют окисью алюминия (для хроматографии) на 2-8 см и покрывают слоем стеклянной ваты. Приготовленную колонку закрепляют в штатив, а ее содержимое с помощью пипетки смачивают 3-5 см³ гексана. Под носик колонки ставят на аналитических весах пустой стаканчик емкостью 50 см³. В таком виде фильтрационная колонка считается готовой к работе.

Оставшийся в стаканчике после испарения хлороформа осадок растворяют 5-10 см³ нормального гексана и переносят в колбу, стаканчик ополаскивают 3 раза 2 см³ гексана и этот смыв также вносят в колонку. После окончания фильтрации колонку

 

2.5.2. Углеводороды (нефтепродукты)

309

 

промывают 2-3 порциями гексана (по 2-3 см³). При получении гексанового раство­ра нефтепродуктов освобожденного от полярных соединений, гексан испаряется в по­токе воздуха при комнатной температуре. После полного удаления гексана стаканчик взвешивают и выдерживают в течение получаса в лаборатории для полного испаре­ния гексана. Повторно взвешивают на аналитических весах, и при совпадении массы анализ заканчивается.

По разности с содержимым и без содержимого определяют массу обнаруженных нефтепродуктов.

Содержание нефтепродуктов (X, мг/кг ила) вычисляют по формуле:

Х = --1000, В

где А — найденное количество нефтепродуктов в миллиграммах; В — навеска ила, взя­того для анализа в граммах.

2.5.3. Фенолы. Фенолы получают из каменноугольного дегтя. Это ароматические соединения, производные бензола с одной или несколькими гидроксильными груп­пами. В зависимости от числа гидроксильных групп различают одно-, двух- и много-гидридные фенолы. Моногидридными фенолами являются собственно фенол (С₆Н₅ОН), крезол, тимол и др. Простейший дигидридный фенол — диоксибензол (СбН5(ОН)₂), у которого известны три изомера: гидрохинон, резорцин и пирокатехин. Моно- и дигидридные фенолы относят к летучей с паром, а вернее увлекаемым пара­ми воды группе фенолов с температурой кипения от 180 до 230 °С.

В природоохранном законодательстве большинства стран (Берне, Кордонье, 1997), включая Россию, учитываются только летучие с паром фенолы. Значительная эколо­гическая опасность загрязнения летучими с паром фенолами связана с их токсично­стью и способностью образовывать хлорфенолы (ди-, три-, пентахлорфенолы) и нит-розамещенные фенолы — хорошо растворимые в воде, устойчивые, высокотоксичные вещества, которые индивидуально определяются с помощью хроматографических методов анализа. Полигидридные, нелетучие (тяжелые) или высшие фенолы имеют температуру кипения выше 230 " С, к ним относят: пирогаллол, флотоглюцин и др.

Содержание полигидридных фенолов в сточных водах промышленного происхож­дения, как правило, очень незначительно, не более 10-15 %, причем при аналитичес­ком контроле их трудно отделить от масел и результаты анализа обычно завышают­ся. Они менее токсичны и не образуют хлорфенольных соединений.

При оценке антропогенного загрязнения следует анализировать летучие с паром фенолы, поскольку они более токсичны для гидробионтов, обладают более интенсив­ным запахом при хлорировании и уже в концентрации хлорфенолов 0, 0001 мг/дм³ придают питьевой воде не только хлорфенольный запах, но и характерный привкус (Руководство..., 1986). Нелетучие фенолы являются продуктами естественных процес­сов гниения, разрушения органических веществ, древесины, их содержание может значительно возрастать в период паводка с увеличением органических, гумусовых веществ и лигнинов.

Фенолы присутствуют в сточных водах нефтеперерабатывающей, нефтехимичес­кой, коксохимической, сланцеперерабатывающей, лесохимической, целлюлозно-бу­мажной промышленности, при производстве железобетонных конструкций и др.

 

310

Контролируемые гидрохимические показатели качества сточных вод

Глава 2

 

Степень биохимического распада летучих фенолов на БОС в зависимости от ис­ходной концентрации достигает 95 %, но только при условии, что в сточных водах имеется достаточное содержание биогенных элементов, необходимых для полноцен­ного питания активного ила, а он, в свою очередь, к фенолсодержащим сточным во­дам хорошо адаптирован, т.е. фенолы регулярно поступают на очистку, а ингибиторы биологического процесса окисления фенолов (соединения типа S²~) отсутствуют.

ПДК фенолов для адаптированного активного ила, очищающего промышленно заг­рязненные сточные воды, составляет довольно большую величину — 1, 0-1, 5 г/дм³, при условии, что в сточных водах отсутствуют другие токсиканты: восстановленные соединения серы, смолы и т.д., т.е. те вещества, которые, как правило, присутствуют в фенолсодержащих производственных сточных водах. Для городских сооружений био­логической очистки установлена максимально допустимая концентрация 15 мг/дм³ (Методические рекомендации..., 2001). Фенолы, с одной стороны, обладают антисеп­тическими (убивающим микробов) свойствами, что объясняет их гипертоксичное действие на активный ил, и подавляющее влияние на процессы нитрификации в аэро-тенках, с другой стороны, в небольших концентрациях они вызывают хорошо выра­женный мутагенный эффект, который используется для повышения прироста ила и его окислительных свойств при искусственном химическом мутагенезе.

В сточных водах московских предприятий, производящих железобетонные изде­лия, фенолы присутствуют обычно в концентрациях 0, 001-0, 0111 мг/дм³. Такие незна­чительные концентрации оказывают стимулирующее действие на прирост активно­го ила. На сооружениях биологической очистки небольших городов, где имеются за­воды железобетонных изделий, а разбавление этих сточных вод в канализации незна­чительное, прирост активного ила подвержен периодическим колебаниям и в опреде­ленные периоды его увеличение может возрастать вдвое, настолько велико стимули­рующее влияние фенолов на микроорганизмы.

В природных водоемах могут присутствовать фенолы природного происхождения, содержание которых достигает нескольких десятков мг/дм³, в результате продуциро­вания планктоном в периоды «цветения» водоемов, а также высшими водными рас­тениями при бурном разрастании макрофитов.

Фенолы очень нестойкие соединения, но не за счет летучести, как можно непра­вильно предположить из их названия, а за счет процесса интенсивного окисления кис­лородом, присутствующим в воде. Процесс хемоокисления фенолов очень скор (бук­вально несколько минут). Фенол, крезол и другие гомологи окисляются до воды и уг­лекислого газа. В отличие от летучих фенолов тяжелые фенолы разрушаются не до конца, образуя до 40 % промежуточных продуктов от первоначального содержания полигидридных фенолов.

Высокая окисляемость фенолов влияет на результаты выполняемых измерений их содержания в воде. Особенно сложно получить сопоставимые результаты, анализируя низкие концентрации фенолов при параллельном определении даже в условиях не­значительного расхождения во времени от начала анализа. При приготовлении стан­дартных растворов фенолов в концентрации на уровне ПДК (0, 001 мг/дм³) зарегис­трировать ее уже через один час хранения пробы практически невозможно из-за окисления фенолов. Даже консервация пробы не позволяет получить правильный

 

2.5.2. Углеводороды (нефтепродукты)

311

 

результат, так как, например, образующиеся при консервации щелочью феноляты так­же стремительно окисляются.

В методиках измерений содержания фенолов не всегда предусмотрено то, что нельзя посуду, используемую для анализа, мыть окислителями, в том числе хромовой смесью в связи с тем, что результаты анализа занижаются по причине химического окисления фенолов.

2.5.4. Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ). К СПАВ отно­сятся вещества, способные адсорбироваться на поверхностях раздела фаз (вода-воз­дух) и понижать их поверхностное натяжение.

СПАВ могут быть разделены на четыре класса: анионоактивные (активной частью молекул является анион), катионоактивные (активной частью является катион), не-ионогенные (не ионизируются) и амфотерные, или амфолитные.

Деление СПАВ на классы основано на свойствах этих соединений, которые они проявляют в воде при растворении.

Анионоактивные СПАВ ионизируются в водном растворе с образованием отрица­тельно заряженных органических ионов. Из этого класса наиболее широко распрос­транены соли сернокислых эфиров (сульфаты) — их представитель: додецилсульфат натрия и соли сульфокислот (сульфонаты) — их представитель: сульфонол. Анионо­активные СПАВ производятся и применяются в мире в наибольшем количестве, а, следовательно, как правило, составляют основную долю ПАВ в сточных водах.

Катионоактивные СПАВ ионизируются в водном растворе с образованием поло­жительно заряженных органических ионов. К ним относятся четвертичные аммони­евые соли. Доля в производстве в настоящее время очень мала, однако производство катионоактивных СПАВ в мире растет наиболее быстро. Они используются и содер­жатся в сточных водах таких отраслей промышленности, как нефтяная, нефтехими­ческая, химическая автомобильная, авиационная, машиностроение (механическая об­работка металлов), целлюлозно-бумажная, строительная, текстильная, мясомолочная, медицинская и биотехнологическая, а также в кожевенном производстве.

Неионогенные СПАВ в водном растворе не образуют ионов. Наиболее распрост­ранены алкогольэтоксилаты и оксиды жирных аминов. Входят в состав бытовых мо­ющих средств, а также присутствуют в сточных водах текстильной, химической, неф­теперерабатывающей промышленности, в качестве эмульгаторов включаются в состав сельскохозяйственных ядов, очень медленно биохимически разрушаются и при био­деградации могут образовывать устойчивые токсичные вещества, например, при био­деградации алкилфенолэтоксилатов (присутствуют в сточных водах нефтехимичес­кой, нефтеперерабатывающей и газовой промышленности) образуются алкилфенолы и их производные.

Амфолитные СПАВ ионизируются в водном растворе в зависимости от рН. В кис­лых водных растворах проявляются катионоактивные свойства, а в щелочных — ани­оноактивные.

Итак, наиболее распространенными являются анионоактивные и неионогенные ПАВ. Производство анионоактивных и неионогенных, а также моющих средств на их основе составляет 95-98 % общего количества вырабатываемых промышленностью СПАВ.

 

 

312

Контролируемые гидрохимические показатели качества сточных вод

Глава 2

 

Наиболее опасны из-за продуктов разложения — неионогенные. Однако все без ис­ключения СПАВ (не говоря уже о жестких) на очистных сооружениях и в природных средах плохо и медленно разрушаются. Оптимальные условия для биохимического окисления: температура выше 10 °С, рН — нейтральная и слабощелочная от 7, 0 до 9, 0.

При концентрации СПАВ в воде более 0, 3-0, 5 мг/дм³ наблюдается интенсивное образование пены на поверхности водоемов, приводящее к нарушению кислородно­го режима и созданию условий, неблагоприятных для развития флоры и фауны.

Кроме того, незначительная концентрация ПАВ: 0, 05-0, 1 мг/дм³ в речной воде до­статочна, чтобы активизировать токсичные вещества, адсорбированные на донных осадках (Фелленберг, 1997), вовлекаемых в химическую эмульсию.

Загрязнение водоемов происходит не только в результате сброса неочищенных сточных вод, но и сточных вод, прошедших полную биологическую очистку. На очи­стных сооружениях присутствие СПАВ в очищаемых сточных водах приводит к об­разованию пены в аэротенках, увеличению выноса взвешенных веществ из вторич­ных отстойников, снижению ферментативной активности ила, сокращению его при­роста, а, следовательно, ухудшению качества очистки. Образующаяся в аэротенках пена может достигать нескольких метров, она разносится ветром, мешает работе об­служивающего персонала и является источником гельминтного заражения. Кроме того, наличие СПАВ в сточных водах, поступающих на сооружения биологической очистки, ухудшает процесс первичного отстаивания и подавляет процессы переноса кислорода в клетки микроорганизмов активного ила.

Степень биохимического распада СПАВ различна, зависит от химической струк­туры их молекул. СПАВ делят на мягкие, промежуточные и жесткие в зависимости от константы скорости окисления, которая составляет для мягких менее 0, 36 сут" ¹, для промежуточных 0, 3-0, 05 сут" ¹ и для жестких менее 0, 05 сут" ¹. Степень биохимичес­кого распада СПАВ определяется экспериментально по потреблению кислорода на их окисление с помощью прибора Варбурга. По степени биохимического распада СПАВ подразделяются на:

1) биохимически легко окисляемые — «биологически мягкие», для которых биохи­
мическое окисление в течение 6 ч составляет более 25 % по показателю ХПК;

2) трудно биохимически окисляемые — «биологически жесткие», для которых ха­
рактерно незначительное или даже полное отсутствие биохимического окисления по
показателю ХПК в течение 6 часов;

3) вещества промежуточной группы.

В процессе биологической очистки удаляется до 80 % «биологически мягких» СПАВ. Максимальное потребление кислорода «биологически жесткими» СПАВ со­ставляет не более 10 % ХПК, а в процессе очистки они удаляются не более чем на 40 %, главным образом, за счет сорбции активным илом и образования промежуточ­ных продуктов распада. При этом присутствие в сточных водах «биологически жес­тких» веществ в концентрациях более 10 мг/дм³ ухудшает степень их очистки и вы­зывает обильное образование пены на поверхности аэротенка. СПАВ промежуточной группы в зависимости от величины химического потребления кислорода удаляются в процессе полной биохимической очистки (от 40 до 80 %). Чем меньше потребление кислорода и соответственно ниже уровень удаления СПАВ, тем больше уровень

 

2.5.2. Углеводороды (нефтепродукты)

313

содержания в очищенных сточных водах промежуточных продуктов распада этих ве­ществ, о чем свидетельствует повышение ХПК очищенных вод. В зависимости от ис­ходной концентрации распад «биологически мягких» СПАВ исчисляется от 0, 5 сут до нескольких дней, «биологически жестких» — длится несколько месяцев. Опасность загрязнения сточных и природных вод СПАВами, в первую очередь, связана с их спо­собностью к биоразложению. Устойчивость жестких СПАВ к биохимическому окис­лению ведет к накоплению их в объектах окружающей среды.

В развитых странах производство и использование «биологически жестких» СПАВ запрещено, в России запрещен только сброс в системы канализации (Методические рекомендации..., 2001), но из-за отсутствия прямого метода определения это ограни­чение не выполняется.

Содержание СПАВ в неочищенных городских сточных водах колеблется от 5 до 40 мг/дм³ и обусловливается степенью бытового потребления синтетических моющих средств, неравномерностью расхода воды, а также поступлением в городскую канали­зацию промышленных сточных вод, загрязненных или лишенных СПАВ. Удаление СПАВ в аэротенках обеспечивается двумя процессами: биохимическим распадом и сорбцией активным илом. Интенсивность сорбции в сравнении с сорбированием, на­пример, металлов очень незначительная.

Биохимическая очистка сточных вод, загрязненных СПАВ, может быть достаточ­но эффективной в случае содержания в сточных водах «биологически мягких» СПАВ в количестве не более 20-30 мг/дм³ (Лукиных, 1963).

С точки зрения полноты удаления СПАВ аэротенки эффективнее биофильтров. В аэротенках необходимо поддерживать по возможности высокую дозу активного ила (2-3 г/дм³), так как это способствует интенсификации процесса ферментативного расщепления СПАВ, снижает количество адсорбированных СПАВ на единицу мас­сы активного ила, что в свою очередь, улучшает процессы обмена бактериальных кле­ток с внешней средой и позволяет микроорганизмам полнее использовать СПАВ в ка­честве органического питания. Одновременно за счет повышения дозы активного ила частично снижается пенообразование, что особенно важно при поступлении со сточ­ными водами недостаточно «мягких» СПАВ.

Учитывая многостадийность распада СПАВ, помимо надлежащего обеспечения кислородом всех стадий процесса (не менее 2 мг/дм³ в любой точке аэротенка), целе­сообразно при высоких концентрациях СПАВ, присутствующих в сточных водах, осуществлять очистку на сооружениях в две ступени: на первой — в биофильтрах или аэротенках и на второй — в биопрудах. Эффективно СПАВ удаляются на сооружени­ях доочистки, таких как фильтры «Оксипор», фильтры с цеолитом, кварцевым песком и т.д.

⇐ Предыдущая20212223242526272829

Поделиться: