книги / 46

ния сорбционных характеристик ионообменного материала в результате работы в циклах сорбция-десорбция не замечено.

Испытания на стоках НПО «Элма» в промышленных условиях проводили в динамическом режиме. 20 дм3 сорбента, содержащего 80 % гидроксида железа и 20 % перхлорвинила, загружали в колонну диаметром 150 мм. Высота слоя сорбента при этом составляла около 2 м. Через колонну пропускали промышленные стоки с концентрацией мышьяка от 0,3 до 2,5 мг/дм3, рН 4. Скорость фильтрации составляла 120–140 дм3/ч. В результате сорбентом было очищено более 2500 колоночных объемов стоков до уровня ПДК. Десорбцию осуществляли раствором гидроксида натрия с концентрацией 40 г/дм3. Переработка 1 м3 стока приводит к образованию не более 17–20 дм3 элюата.

Гидромеханическая устойчивость сорбента, определенная по известной методике [8], составила 80 %, что подтверждает целесообразность его использования в сорбционном цикле.

Сорбционная очистка может быть использована как дополнение к уже имеющейся на предприятии реагентной схеме очистки стоков от мышьяка с целью повышения ее эффективности.

Список литературы

1.Шрабман Б.И. Осаждение мышьяка из фторсодержащих сточных вод/ Б.И. Шрабман, В.М. Юркова, Е.И. Павлова// Химическая промышленность – 1974. – ¹ 5. – С. 76.

2.Поляков М.Л. Очистка сточных вод гидрометаллургического завода Хо- ву-Аксы от мышьяка / М.Л. Поляков// Цветные металлы. – 1965. – ¹ 19.

– Ñ. 32.

3.Кожемякин В.А. Электрокоагуляционный способ очистки сточных вод от мышьяка и взвешенных частиц / В.А. Кожемякин, И.О. Градова, А.Н. Почтарев // Химия и технология халькогенов и халькогенидов: – тез. докл. II Всесоюз. совещ. – Караганда, 1982. – С. 226.

4.Серова В.А. Способы очистки сточных вод и технологических растворов от мышьяка / В.А. Серова, В.П. Коган. – М.: Цветинформация, 1977.– С. 32.

5.Пахолков В.С. Гранулированная гидроокись железа, ее физико-химиче- ские свойства и применение для очистки термальных и природных вод

211

от мышьяка/В.С. Пахолков, В.Ф. Марков // Химия и технология неорганических сорбентов: межвуз. сб. науч. тр./ Перм. политехн. ин-т. –Пермь, 1980. – С. 26–33.

6.Нуриев А.Н. Неорганический сорбент для извлечения мышьяка из природных вод/А.Н. Нуриев, З.А. Джаббарова, М.Ю. Гаибов //Химия и технология неорганических сорбентов: межвуз. сб.науч.тр. / Перм. политехн. ин-т. – Пермь, 1980. – С. 34–39.

7.Немодрук А.А. Аналитическая химия мышьяка / А.А. Немодрук. – М.: Наука, 1976. – С. 224.

8.Органоминеральные сорбенты на основе диоксида титана для селективного извлечения лития из растворов / С.А. Онорин [и др.] // Тез. докл. VII Всесоюз. конф. по химии и технологии редких щелочных металлов.– Апатиты, 1988. – С. 101–102.

Получено 11.06.2008

ÓÄÊ 628.35

К.А. Костарева, Е.А. Фарберова, В.В. Вольхин

Пермский государственный технический университет

ВЛИЯНИЕ ПРИСУТСТВИЯ ФОСФАТОВ В СТОЧНЫХ ВОДАХ НА СТЕПЕНЬ

БИОРАЗЛОЖЕНИЯ ПАВ

Исследовано влияния содержания фосфатов в сточных водах на степень биоразложения ПАВ. Биоразложение ПАВ осуществляли с помощью культур микроорганизмов, выделенных из активного ила биологи- ческих очистных сооружений «ЛУКОЙЛ». Процесс изучен на модельных растворах, содержащих моющие средства различного назначения и различного состава.

При разработке новых месторождений нефти и газа в северных регионах возникают автономные населенные пункты, водоподготовка в которых и очистка сточных вод осуществляются на локальных очистных сооружениях. В таких населенных пунктах в большом количестве применяют моющие средства. Их используют при мойке посуды, для гигиенических целей, для стирки одежды, в стационарных лабораториях, для обработки технологического оборудования. Особенностью таких сточных вод является то, что они в своем составе в основном содержат нефтепродукты, синтетические поверхностно-активные вещества, преимущественно анионные (АПАВ), биогенные компоненты, такие как аммонийные соединения, фосфаты пищевого происхождения и поступающие в составе моющих средств. В связи с этим в отдельных потоках сточных вод содержание каждого компонента (фосфат-ионов и АПАВ) достигает до 40 мг/л, что превышает более чем в 6–10 раз расчетные нормативы при проектировании.

Необходимо отметить, что из-за условий жизнедеятельности вахтовых поселков сточные воды (в основном хозяйственно-быто- вые) содержат большое количество моющих средств.

213

При эксплуатации биологических очистных сооружений в таких условиях зачастую наблюдается вспучивание активного ила и неполное окисление ПАВ, т.е. не обеспечивается достаточная степень очи- стки. Такие сточные воды с большим содержанием нераспавшихся АПАВ и фосфатов попадают в природную среду, в результате загрязняются водоемы и страдает вся окружающая природа и населенные пункты, которые расположены в непосредственной близости от автономных населенных пунктов.

Синтетические моющие средства (СМС, детергенты) – многокомпонентные композиции, применяемые в водных растворах для интенсификации удаления загрязнений с различных твердых поверхностей. В более узком смысле под СМС обычно понимают бытовые средства для стирки белья и одежды. В состав многих СМС входят АПАВ, такие как натриевые соли алкилбензолсульфокислот (обладающие хорошей биоразлагаемостью), алкансульфокислоты, а также алкилсульфаты натрия. Для связывания ионов кальция и магния в воду добавляют также полифосфаты, например триполифосфат натрия [2].

Фосфаты представляют опасность для окружающей среды. Сброс фосфатсодержащих веществ в открытые водоемы создает угрозу заболачивания последних, способствует бурному развитию водорослей и другой нежелательной микрофлоры, которые в свою очередь поглощают из воды растворенный в ней кислород, что нарушает нормальный жизненный цикл в водоеме и приводит к гибели рыб и микроорганизмов. В сточных водах фосфатсодержащие вещества могут присутствовать в разных состояниях: в растворенном, коллоидном и взвешенном. Содержание различных форм фосфора в сточных водах, поступающих на городские очистные сооружения, показано на рис. 1.

Так называемый «нерастворимый фосфор» абсолютно инертен для биологического процесса очистки и, поступая в водоем в виде устойчивых минералов, подобных ортофосфату кальция, не обогащает воду фосфором, а захоранивается в донных осадках. В биологических процессах участвуют растворимые биологически усваиваемые формы фосфатов. Минеральный фосфор в растворенном состоянии – это ортофосфорная кислота и ее анионы [1].

Существует предположение, что при достаточно большом количестве фосфатов в сточной воде снижается степень биоразложения в ней ПАВ, однако экспериментальные данные, подтверждающие эту зависимость, в опубликованной литературе отсутствуют.

214

Рис.1. Содержание различных форм фосфора в сточных водах, поступающих на городские очистные сооружения

Данная работа посвящена исследованию влияния фосфат-ио- нов на процесс очистки ПАВ-содержащих сточных вод биологиче- ским методом.

Для исследования были выбраны три моющих средства различ- ного назначения: стиральный порошок, средство для мытья посуды и косметическое МС, состав которых приведен в табл. 1.

Приготовлены модельные растворы с использованием моющих средств (МС) в различных концентрациях. В табл. 2 представлены

215

составы модельных растворов, в которых определялись основные характеристики: содержание фосфатов, АПАВ, ХПК. При концентрации МС 1 г/л модельный раствор СМС «Миф» по всем определяемым показателям в несколько раз превышает ПДК, модельные растворы «PANTENE» и СМП «FAIRY» превышают показатели ПДК по концентрации АПАВ и значению ХПК. В других соотношениях МС и воды все показатели превышают ПДК (см. табл. 2).

Ò à á ë è ö à 2

Гидрохимический анализ модельных растворов при различной концентрации МС

Для обеспечения процесса биоразложения ПАВ из активного ила БОС «ЛУКОЙЛ» была выделена и описана культура микро-

216

организмов, использующая в качестве источника углерода сульфонол.

Исследована биологическая деградация АПАВ в модельных растворах моющих средств. Эксперимент проводился следующим образом: выделенную культуру микроорганизмов пересевали на модельные среды, содержащие исследуемые моющие средства, содержащие сульфонол; культивирование проводили на качалке при температуре 28 îС и 160 об/мин, в качестве источника углерода и энергии использовали моющие средства; пробы отбирали в течение 7 сут культивирования микроорганизмов. Степень биоразложения анионных ПАВ при концентрации моющего средства 1 г/л достигала 66–74 %, в отличие от более концентрированных растворов МС (5 г/л), где эта величина составляла всего лишь 10–13 %. Значения фосфатов и ХПК при этом изменялось незначительно (рис. 2).

Рис. 2. Степень биоразложения АПАВ при различных концентрациях моющих средств (МС)

Сделано предположение, что увеличение степени биоразложения АПАВ в более концентрированных модельных растворах в сточных водах, содержащих моющие средства, можно достичь, если из них предварительно удалить фосфаты.

Для удаления фосфатов из модельных растворов выбран метод коагуляции с помощью коагулянта – гидроксохлорида алюминия (ГХА), выпускаемого предприятием ОАО «Сорбент». Модельные растворы исследуемых моющих средств обрабатывали гидроксо-

217

хлоридом алюминия в стехиометрическом соотношении: 1 моль осадителя к 1 молю фосфат-ионов. При концентрации моющего средства 1 г/л степень коагуляции достигала 60 %, а при 5 г/л – возрастала до 70 %. Также в процессе коагуляции фосфатов наблюдалось незначительное снижение концентрации АПАВ и величины ХПК в модельных растворах моющих средств. Степень удаления АПАВ составляла порядка 20 %, степень снижения значения ХПК – порядка 10 % (рис. 3).

Рис. 3. Степень осаждения фосфатов и АПАВ в процессе коагуляции фосфатов при различных концентрациях: 1 – осаждение фосфатов, 1 г МС на 1 л воды; 2 – осаждение фосфатов, 5 г МС на 1 л воды; 3 – осаждение АПАВ, 1 г МС на 1 л воды; 4 – осаждение АПАВ, 5 г на 1 л воды моющих средств

Модельные растворы МС после удаления фосфатов подвергали действию микроорганизмов. Как видно на рис. 4, степень биоразложения АПАВ в процессе культивирования микроорганизмов достигает 73–76 % при концентрации моющего средства 1 г/л, а при концентрации 5 г/л степень биоразложения АПАВ составляет 53–54 %. Таким образом, для модельных растворов с более высоким содержанием моющих средств предварительное удаление фосфатов приводит к повышению степени биоразложения АПАВ с 10–13 до 53–54 %. Также происходит снижение содержания фосфатов на 3–5 % и снижение ХПК на 20–30 %.

Подбор оптимального количества коагулянта гидроксохлорида алюминия при удалении фосфатов из модельных растворов

218

Рис. 4. Степень биоразложения АПАВ при различных концентрациях моющих средств после удаления фосфатов

моющих средств осуществляли при концентрации в них 5 г /л. Таким же образом исследовали модельные растворы, содержащие смесь равных количеств всех трех моющих средств (по 5 г /л каждого) (рис. 5). При соотношении фосфаты : коагулянт, равном 1:1, удаление фосфатов из растворов происходит на 64–70 %, при соотношении 1: 1,25 – на 74–75 % и при соотношении 1:2 – на 82–86 %.

Рис. 5. Степень осаждения фосфатов в процессе их коагуляции при различных соотношениях формат-ионы: ГХА

219

Âкачестве оптимального соотношения ионы ÐÎ43- : ГХА принято значение 1:1,25. При этом соотношении фосфаты осаждаются на 75 %, что достаточно для предварительной очистки воды перед биологическим процессом. При этом происходит снижение концентрации АПАВ на 25 % в модельных растворах, содержащих индивидуальные МС, а в растворе, содержащем их смесь, – на 23 %; снижение значения ХПК – на 10–13 %. Дальнейшее осаждение фосфатов не желательно, так как иначе в процессе биологической очистки от ПАВ может не хватить фосфора, который является необходимым элементом питания при росте и размножении культур микроорганизмов.

Âпроцессе биологической очистки сточных вод, содержащих моющие средства и их смеси, после предварительного осаждения фосфатов в условиях оптимального соотношения коагулянта и фос- фат-ионов степень биоразложения АПАВ в модельных растворах индивидуальных моющих средств достигала 60–64 %, а в их смеси – 66 %. Общая степень удаления АПАВ из очищаемых растворов в процессе осаждения и культивирования микроорганизмов составляла 70–74 % (табл. 3).

Ò à á ë è ö à 3

Изменение концентрации и общая степень разложения АПАВ в процессе двухстадийной очистки

Примечание: 1– СМС «Миф»; 2 – шампунь «PANTENE»; 3 – средство для мытья посуды «FAIRY».

Таким образом, проведенные исследования показали, что моющие средства при низких концентрациях в сточных водах практиче- ски мало влияют на процесс биоразложения АПАВ. При биологиче-

220