11059

В таблицах 1,2 и 3 представлены результаты всех расчетов.

По результатам расчетов для наглядности составлена диаграмма (рис.1).

740

Рис. 1. Результаты расчетов индексов

Таким образом, было выявлено, что концентрация SO2 в воздухе по индексу IAQ на всех площадках составляет более 0,086 мг/м3, все площадки имеют статус сильно загрязненных участков. По индексу полеотолерантности наибольшее загрязнение наблюдается в парке Швейцария из-за расположения участка вдоль оживленной автомагистрали, также через р. Ока находится Автозаводская ТЭЦ. На втором месте по загрязнению находится березовая роща в г. Балахна. Загрязнение является столь высоким для данной местности предположительно из-за нахождения рядом небольшой грунтово-песчаной дороги, по которой иногда проезжают автомобили. Также в 300 метрах от данной рощи находится железная дорога. Меньше всего загрязнения наблюдается на Щелковском хуторе — содержание SO2 в воздухе 0,01-0,03 мг/м3, что может быть связано с нахождением неподалеку автомобильных дорог на проспекте Гагарина.

Литература

1.Боголюбов А.С. Оценка загрязнения воздуха методом лихеноиндикации: метод. пособие / А.С. Боголюбов, М.В. Кравченко. – М.: Экосистема, 2001. – 15 с.

2.Чеснокова С.М. Лихеноиндикация загрязнения окружающей среды: Практикум / Владим. гос. ун-т. Владимир, 1999. – 38 с.

3.Ляшенко О.А. Биоиндикация и биотестирование в охране окружающей среды: учебное пособие / СПб ГТУРП. - СПб., 2012. – 67 с.

741

Е.И. Макарычева, А.Л. Васильев

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно- строительный университет», г. Нижний Новгород, Россия

ПРИМЕНЕНИЕ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА В ТЕХНОЛОГИЯХ ВОДОПОДГОТОВКИ

Пероксид водорода широко используется в практике водоподготовки как активный и экологически чистый окислитель, который не только не ухудшает качество обработанной им воды, но даже насыщает ее кислородом - продуктом собственного разложения по реакции: 2Н2О2 →

2Н2О + О2↑[1]

Пероксид водорода относится к химическим способам обеззараживания питьевой воды.

Перекись водорода высокотоксична и ее содержание в воде ограничивается уровнем ПДК 0,1 мг/л, в то время как дезинфицирующее действие перекиси водорода проявляет на уровне единиц и сотен мг/л. Перекись водорода более мощный окислитель, чем хлор, его окисляющая способность на 30% превышает способность хлора. Но на ряду с отличными окислительными способностями перекись водорода - очень слабый дезинфектант в сравнении с хлором. Поэтому перекись водорода применяют для окисления в воде металлов, органики, сероводорода, углеводородов, но не как самостоятельное дезинфицирующее средство. Дозирование перекиси водорода в воду для окисления органических веществ не является причиной образования токсичных соединений, что характерно хлору и хлорсодержащим окислителям.

Предположительно основным механизмом антибактериального действия перекиси водорода является образование супероксидных и гидроксильных радикалов, которые могут оказывать либо прямое цитотоксическое действие, либо опосредованное, приводящее к повреждению ДНК.

Перекись водорода обеспечивает обеззараживание воды без образования токсичных продуктов, загрязняющих внешнюю среду. Реагент не изменяет органолептических свойств воды и значительно снижает ее цветность (до 50%), что весьма ценно для обеззараживания окрашенных вод. К числу недостатков метода относятся: необходимость введения катализаторов для ускорения высвобождения атомарного кислорода и жидкая форма препарата.

742

Гутенев В.В., Осадчий С.Ю. и др. предложили способ обеззараживания воды пероксидом водорода в присутствии гетерогенного катализатора. [2]

Пероксид водорода обладает бактерицидными свойствами, однако меньшими, нежели у озона и хлора. Поэтому, чтобы повысить бактерицидную активность пероксида водорода, его комбинируют с ионами некоторых металлов (гомогенные катализаторы) или частицами некоторых нерастворимых в воде соединений (гетерогенные катализаторы).Перечень некоторых приемлемых катализаторов приведен в монографии: У.Шамб, Ч.Сетерфильд, Р.Вентверс. Перекись водорода. М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1958. Среди первых отмечаются, например, ионы железа, меди, серебра, среди вторых - диоксид марганца, оксид железа и др.

Вмонографии (Савлук И.П. и др. Антимикробные свойства меди. Химия и технология воды, 1986, т.8, №6, с.65-67) описан способ обеззараживания воды совместным воздействием пероксида водорода и 0,05-1,0 мг/л ионов меди. При этом ионы меди являются гомогенным катализатором разложения пероксида водорода.

Ионы меди получают методом электролиза, что является энергозатратным процессом, либо химическим растворением медьсодержащих солей. Между тем, учитывая большие объемы очищаемой воды, требуются, соответственно, большие количества катализаторов. Также для изготовления катализаторов желательно использовать доступные и относительно недорогие материалы.

Также существует способ обеззараживания питьевой воды, включающий ее обработку пероксидом водорода и гетерогенным катализатором. При этом гетерогенный катализатор получают путем смешения растертых в порошок гранул гопкалита с частицами мелко раздробленного металлического серебра, последующего добавления воды до получения пасты, ее подсушивания и формования на прессе в виде таблеток. Указанные таблетки вводят в воду в количестве 0,1-1 мг/л. Данному способу присущ ряд недостатков. Ведь гопкалит - это катализатор на основе диоксида марганца, оксида меди и, частично, серебра, используемый в виде гранул, в основном, в процессах окисления оксида углерода СО. Для получения гетерогенного катализатора требуется подвергнуть измельчению гопкалит и ввести в него дорогостоящее, мелко раздробленное металлическое серебро, что не всегда является экономически оправданным мероприятием.

Врезультате исследований Гутенева В.В., Осадчего С.Ю. было установлено, что достаточно активными катализаторами разложения пероксида водорода являются магнитный, бурый и красный железняки,

743

также этот процесс ускоряют входящие в состав примеси марганец, никель

ититан.

Витоге образуются промежуточные продукты разложения пероксида водорода - свободные радикалы ОН, отличающиеся повышенной бактерицидной активностью, и через короткое время

превращающиеся в молекулы Н2О.

Также результаты испытаний показали, что сочетание пероксида водорода с предлагаемыми гетерогенными катализаторами не только резко увеличивает глубину обеззараживания, но и придает обработанной воде устойчивость к вторичному бактериальному загрязнению и препятствует реактивации выживших микроорганизмов. Кроме того, было установлено, что потери предложенных катализаторов (за счет уноса, растворения и т.п.) в течение 3-х месяцев работы составили не более 5%.

Вкачестве комбинированных химических способов обеззараживания питьевой воды рассматриваются использование хлора и озона, препаратов хлора с перекисью водорода, ионами серебра и меди, перекиси водорода с озоном, ионами серебра и меди и т. д. Данные технологии предполагают снижение концентрации применяемых реагентов, уменьшение времени обработки воды при неизменном, а в ряде случаев и более выраженном антимикробном эффекте.

Таким образом, пероксид водорода имеет неоспоримые достоинства: простота в работе при обеззараживании питьевой воды и его дешевизна. Однако для его дальнейшего использования необходимо изучить степени его токсичности и окисляемости.

Литература 1.Селюков А.В., Скурлатов Ю.И., Козлов Ю.П. Применение

пероксида водорода в технологии очистки сточных вод. Водоснабжение и сан. Техника, 1999, №12, с.25-27

2.Способ обеззараживания воды пероксидом водорода в присутствии гетерогенного катализатора. Российский патент 2006 года по мпк

c02f1/50 c02f1/72 c02f103/04 RU2288179C1 Авторы Гутенев Владимир Владимирович, Осадчий Сергей Юрьевич, Ажгиревич Артем Иванович, Денисова Ирина Анатольевна, Цыбина Татьяна Николаевна

3.У.Шамб, Ч.Сетерфильд, Р.Вентверс. Перекись водорода. М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1958

4.Савлук И.П. и др. Антимикробные свойства меди. Химия и технология воды, 1986, т.8, №6, с.65-67

744

А.А. Репин, О.В. Кащенко

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно- строительный университет», г. Нижний Новгород, Россия

ВЛИЯНИЕ ИЗБЫТОЧНЫХ БИОГЕННЫХ ВЕЩЕСТВ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОДЫ НА ЭКОСИСТЕМЫ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

В настоящее время, загрязнение водоисточников из-за повышения концентраций биогенных веществ, поступающих на сооружения по очистке сточных вод, приводит к повторному загрязнению водных объектов и нарушению водопользования. Что является следственным антропогенового эвтрофирования, при котором происходит зарастание водных объектов водорослями, так как скорость их фотосинтеза отчетливо повышается из-за поступления в водоемы биогенных веществ от городскими сточными водами и поверхностным стоком. Ресурсная деградация водоемов и нарушение всех видов водопользования определяют проблему антропогенного эвтрофирования водных объектов в ряд глобальных.

Прежде всего зарастание водоёмов, приводит к загрязнению гидротехнических сооружений, что всерьез усложняет их эксплуатацию, а также негативно воздействуют на гидродинамические характеристики водоема. При разложении водорослей возрастает концентрация свободной углекислоты, аммиака, сероводорода, соединений железа, марганца и других веществ. В водопроводной сети, возможно появление гидрооксида железа. Эвтрофикация также повышает агрессивность воды к материалам, которые применяются в строительстве гидротехнических сооружений.

Питательными, для водорослей, элементами являются минеральные формы углерода, азота и фосфора, которые относиться биогенными веществам, содержащимися в сточных водах различного происхождения. Эвтрофирование водоемов с обогащением их биогенными веществами вытекает из схемы балансового уравнения фотосинтеза:

(1)

Согласно закону действующих масс при повышении концентрации азота и фосфора скорость фотосинтеза, возрастает, что приводит к интенсификации процессов эвтрофирования водных объектов. Соединения фосфора требует особого внимания при рассмотрении причин антропогенного эвтрофирования, так как фосфор не содержится в атмосфере, и его основная часть на планете находится в земной коре.

745

Именно фосфор, как труднодоступный элемент, долгое время, лимитировал эвтрофирование водоемов. За последние сто лет концентрация растворенных фосфатов в бытовых стоках возрастает из-за применения фосфорсодержащих моющих средств. В поверхностном и промышленной стоке, фосфор за частую содержатся в виде минеральных и органических соединений, в следствии активного применения удобрений и реагентов с использованием фосфора.

В качестве примера влияния биогенных элементов на водные объекты, рассмотрим результаты проведенного анализа содержания фосфора в донных отложениях реки Волга, в рамках проведения российско-германской научно-исследовательской программа «Волга– Рейн» 1997 - 2001 годов.

Таблица 1 Содержание биогенных компонентов в донных отложениях реки Волги на

участке от Иваньковского водохранилища до устья и наиболее крупных ее притоков

Приведённые анализы донных отложений реки Волги показывают, что содержание фосфора превышает фоновую геохимическую концентрацию, значение, которой установлено в 1,6 промилле по оксиду фосфора. Самые значительные концентрации фосфора зафиксирована на участке реки в предплотинной зоне, Чебоксарскго водохранилища, после впадения реки Оки.

Содержание фосфора в донных отложениях реки Оки в районе города Коломны, Московской области, составляет 4,8 промилле. После впадения реки Москвы, концентрация оксида фосфора в отложениях повышается до 8,3 промилле. Исходя из этих показателей можно судить, что высокие концентрации фосфора в донных отложениях реки Волги на

746

участке Чебоксарского водохранилища, являются следствием повышенной концентрации фосфора в реке Москвы и реке Оке, которые являются притоками реки Волга.

Рис. 1. Концентрации P2O5 в Горьковском и Чебоксарском водохранилищах, р. Оке и р. Москве

Происхождение фосфора в реках в первую очередь зависит от географического расположения водного объекта. В реке Москве преобладает минеральная форма фосфор, которая поступает в виде растворенных удобрений в поверхностном и производственным стоке от сельскохозяйственных территорий. В отложениях реки Волга преимущественно содержаться концентрации связанного фосфора органического происхождения, при этом в самой реке наблюдалась высокая концентрация биомассы, в виде фитопланктона.

Рис. 1. Сравнение средних концентраций оксида фосфора в донных отложениях р. Волги и ее основных притоков со средними геохимическими фоновыми значениями

747

Опыты с последовательным извлечением веществ из донных отложений показывают, что при требуемых условиях происходит минерализация фосфора, органического происхождения, в следствии чего происходит его восхождение из донных отложений в верхние слои водных объектов.

Результаты анализа проб поровых вод, отобранных в феврале 2000 года из донных отложений реки Оки и реки Волги в районе Нижегородской области, показали процесс интенсивного выделения фосфорсодержащих соединений железа и марганца. В свою очередь эти исследования доказывают, что донные отложения являются, как накопителем биогенных элементов, так и источником загрязнений, в следствии, которых происходит интенсификация процессов эвтрофикации водных объектов.

Рис. 2. Графики сравнения содержание фосфора в данных отложениях в предплотинных зонах Горьковского и Чебоксарского водохранилищах.

Эвтрофирование водоемов зависит не только от биогенных веществ, но и от климатических, гидродинамических и морфологических особенностей водоема.

В настоящий момент, имеются лишь эмпирические данные, позволяющие косвенно судить об нормативах на биогенные вещества в водных объектах. Принято считать, что цветение воды становится вероятным, при содержание минерального фосфора более 0,01-0,02 мг/л.

Для предотвращения антропогенного эвтофирования, разрабатываются мероприятия в двух направлениях:

1)Снижение поступлений в водоемы эвтрофирующих веществ;

2)Влияние на комплекс условий в водных объектах для снижения скорости развития водорослей.

Приведенные данные показывают, что донные отложения р. Волги характеризуются высоким содержанием фосфора, которое превышает

748

фоновую геохимическую концентрацию и имеет тенденцию к снижению вниз по течению рек. Однако высокие содержания фосфора, способствуют негативному влияют на экосистемы отдельно рассматриваемых участков и объектов водопользования, что в свою очередь подчеркивает необходимость контроля и модернизации сооружений для удаления концентрации биогенных веществ при очистки сточных вод и поверхностного стока.

Литература

1.Справочник проектировщика. Канализация населенных мест и промышленных предприятий. / под ред. В.Н. Самохина. – М.: Стройиздат, 1981. – 639 с.

2.Приказ Федерального агентства по рыболовству от 18 января 2010г. №20 «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения»

3.Гогина, Е.С. Удаление биогенных элементов из сточных вод: Монография/ ГОУ ВПО Моск. гос. строит. ун-т.- М.: МГСУ, 2010. 120 с.

4.Степанов, А.С. Исследование и оптимизация процессов удаления биогенных элементов из городских сточных вод: Автореферат/Сам. гос. арх-строит. ун-т.- С.:СГАСУ, 2009. – 36с.

5.Яковлев, С.В. Водоотведение и очистка сточных вод/ С.В. Яковлев, Ю.В. Воронов. – М.: АСВ, 2006. – 704 с.

6.Алексеев, М.И. Особенности биологической очистки городских сточных вод с учетом требований к азоту и фосфору/ М.И. Алексеев, Б.Г. Мишуков, Е.А. Соловьева// Вестник гражданских инженеров. - 2015. - №1. 124–132 с.

7.Свод правил СП 32.13330.2018. Канализация. Наружные сети и сооружения/ Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85. М. - 2012. – 92с.

8.ЭКОЛОГИЯ: Учебник для технических вузов / Л. И. Цветкова, М. И. Алексеев и др.; под ред. Л. И. Цветковой. - М.: Изд-во АСВ; СПб.:

Химиздат, 1999. – 488 с.

9.Экологически безопасное, устойчивое развитие бассейна Волги. Аспекты международного научного сотрудничества: Монография / Руководитель авторского коллектива Е. В. Копосов; Нижегородский гос. архит.-строит. ун-т — Н. Новгород: ННГАСУ, 2008. — 178 с

10.Мюллер Г., Яхья А., Райнин В.Е., Коломийцев Н.В., Найденко В.В., Соболь С.В. Некоторые результаты изучения загрязнения донных

749