Сорбция СПАВ (синтетические поверхностные актиные вещества) активным илом на стадии механической очистки в первичных отстойниках

Введение
Глава 1. Аналитический обзор литературных источников по выбранной теме
1.1 Определение и образование СПАВ
1.2 Источники загрязнения СПАВ и воздействие их окружающюю среду и на человека.
1.3 Токсичность и ПДК СПАВ.
Глава 2. Методы очистки сточных вод
2.1 Общие сведения
2.2 Очистка сточных воды активным илом
Глава 3. Пробоотбор и пробоподготовка.
БПК5
Заключение
Список использованной литературы

Сорбция СПАВ (синтетические поверхностные актиные вещества) активным илом на стадии механической очистки в первичных отстойниках

Хотя существуют данные, что в 90-х годах со спадом промышленного производства, и в связи с некоторым оживлением экологического движения и законодательства в большей мере, несколько снизились уровни поллютантов, но это не привело к нужному улучшению качества поверхностных вод. Некоторые из загрязнителей веществ, до сих пор по-прежнему, присутствуют в реках и озерах в опасных концентрациях, а подъем промышленного производства опасен новыми выбросами перечисленных поллютантов. Если взять к примеру бассейн реки Дон, то он включает, по официальным оценкам последних лет, «загрязненные и чрезвычайно грязные» участки. Участок Дона у г. Донской (Тульская обл.) характеризовался содержанием марганца, превышающим предельно допустимую концентрацию в 44 раза по среднегодовому уровню и в 84 раза – помаксимальному уровню в 1999 г. (Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды», 2000). При этом, марганец (наряду со свинцом и кадмием) ведет к снижению уровня серотонина в мозгу человека.Человеческий организм состоит из химических соединений, химических элементов, и окружающая его среда, живая и неживая, также состоит из химических соединений и элементов. Жизнь всего живого на планете сопровождается перемещением и превращениями веществ. Но вещества в природе должны находиться в определенном месте и в определенном количестве и перемещаться с определенной скоростью. При нарушении пределов, случайном, непреднамеренном или искусственно вызванном, возникают серьезные нарушения в функционировании природных объектов и систем или в жизни человека.Проблема влияния веществ на живые организмы насчитывает более чем тысячелетнюю историю. Вглубь веков уходят предания о встречах людей с ядовитыми растениями и животными, об использовании ядов для охоты, в военных целях, в религиозных культах и т.п. Учение о вредном действии веществ на организм человека разрабатывали Гиппократ (около 460-377 г г. до н.э.), Гален (около 130-200 г г.), Парацельс (1493-1541 г г.), Рамацзини (1633-1714 г г.).Развитие химии в XVIII-XIX веках дало новый толчок развитию учения о ядах, потерявших к тому времени свое мистическое значение. Это учение начало опираться на знание строения и свойств вещества. Научно-техническая и промышленная революция ХХ века сделала проблему воздействия веществ на живые объекты особенно актуальной. Научная и хозяйственная деятельность человека привела в настоящее время к воздействию на человека и окружающую среду миллионов химических соединений, многие из которых раньше были несвойственны нашей биосфере.Следует отметить, что факторы вредного воздействия хозяйственной деятельности на человека и окружающую среду бывают разнообразными. Можно выделить три группы факторов воздействия: физические, химические и биологические. По этому же принципу классифицируются загрязнения и загрязнители. К физическим относятся механические, тепловые, шумовые, радиационные; к биологическим – микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности.Химические вещества могут оказывать разнообразное вредное воздействие на живой организм. Они могут вызывать воспаление, дистрофические изменения; лихорадку, аллергические заболевания. Вредные вещества вызывают изменения в нервной системе, поражение органов дыхания, изменения в сердечно-сосудистой системе, в крови, в органах пищеваренния, в мочевыделительной и половой системах, в эндокринной системе, вызывают изменения костной системы, кожи, ее придатков. Вредные химические вещества могут вызывать отдаленные последствия воздействия их на биологический объект. К ним относится нарушение развития плода (эмбриотропное и тератогенное действие), повреждение наследственного аппарата клетки (мутагенное действие) и злокачественное перерождение клетки (канцерогенное действие). В первой фазе – токсикогенной наиболее сильно проявляется специфическое воздействие вредного вещества на организм. В этом случае вредное вещество находится в организме в больших концентрациях. Одновременно могут начинаться процессы, лишенные «химической» специфичности, носящие в начале характер защитных реакций. Эти процессы наиболее ярко проявляются во II клинической стадии острых отравлений – самотогенной. Она наступает после удаления или «обезвреживания» вредного вещества в организме, т.е. общий токсический эффект, как мы уже отмечали выше, является результатом специфического токсического действия – «химической травмы» и неспецифических реакций орагнизма. Основной стадией, когда концентрация достигает максимума, является стадия разорбции (поглощения) токсического вещества, когда мы имеем возрастание общей и действующей дозы на фоне поступления токсического вещества. При прекращении поступления вещества, концентрация его может снижаться за счет компенсаторских и выделительных (экскреторных) возможностей организма. Например, за счет метаболических процессов, процессов его выделения (экскреции), также за счет определенной детоксикации биологически активными веществами организма. Эта стадия определяется как элиминация, т.е. удаление вредного вещества или снижение его действующей концентрации вблизи рецептора.1.3 Токсичность и ПДК СПАВ.Особенностью последнего десятилетия в России принято считать возросшее количество загрязнения воды поверхностно-активными веществами (ПАВ), не исключая стиральные порошки, шампуни и другие детергенты. Зарубежные компании, производящие бытовые ПАВ, по существу экспортируют загрязнение в Россию, причем предельно допустимые концентрации, которыми руководствуются при сливании отходов в водоемы, можно считать завышенными. Но даже эти ПДК были превышены, по официальным данным на 2004 г., в Азовском море в 1,6 раза (взморье реки Кубань) и 2,2 раза (взморье реки Проток), в Японском море в 1,9 раза (бухта Золотой Рог, Амурский залив) и ряде других водоемов России (Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды», 2000). Более того, при концентрациях ниже предельно допустимой концентрации (ПДК) на несколько порядков эти ПАВ, хотя и не убивают водные организмы, но заметно меняют их поведение. Низкие концентрации ПАВ заставляют пресноводных пиявок открепляться со своих прежних мест посадки, и их уносит течение. Таким образом, речные экосистемы утрачивают пиявок как важный компонент пищевых цепей. Этот пример наглядно показыает, какой ущерб экосистеме и био-разнообразию могут нанести даже сублетальные (не смертельные для биоса) концентрации ПАВ.Находясь в водоемах и водотоках, СПАВ обнаруживают значительное влияние на их физико-биологическое состояние, ухудшая кислородный режим и органолептические свойства, а так как они разлагаются очень медленно, то сохраняются там очень долго. С гигиенической точки зрения, отрицательным свойством ПАВ является их высокая пенообразующая способность. Хотя СПАВ не являются высокотоксичными веществами, имеются сведения о косвенном их воздействии на гидробионты. При концентрациях 5-15 мг/дм3 рыбы теряют слизистый покров, при более высоких концентрациях может наблюдаться кровотечение жабр.В слабозагрязненных поверхностных водах концентрация СПАВ колеблется обычно в пределах тысячных и сотых долей миллиграмма в 1 дм3. В зонах загрязнения водных объектов она повышается до десятых долей миллиграмма, вблизи источников загрязнения может достигать нескольких миллиграммов в 1 дм3.Для борьбы с загрязнением водоемов ПАВ Водный кодекс России определяет нормативы ПДК этих веществ.В целях реализации постановления Правительства Российской Федерации от 19 декабря 1996 г. № 1504 «О порядке разработки и утверждения нормативов предельно допустимых вредных воздействий на водные объекты» также разработаны следующие документы:«Методические указания по разработке нормативов предельно допустимых вредных воздействий на поверхностные водные объекты», утвержденные МПР России и Госкомэкологией России 26.02.99. Определяют общие принципы разработки нормативов предельно допустимых вредных воздействий (ПДВВ) хозяйственной и иной деятельности на поверхностные водные объекты. Нормативы ПДВВ устанавливаются, исходя из предельно допустимой величины антропогенной нагрузки, длительное воздействие которой не приведет к изменению экосистемы водного объекта, и предельно допустимой массы вредных веществ, которая может поступить в водные объекты и на его водосборную площадь. Нормативы ПДВВ используются для регламентации каждого вида воздействия хозяйственной и иной деятельности на водный объект, исходя из его целевого назначения; «Методические указания по разработке нормативов предельно допустимых сбросов вредных веществ в поверхностные водные объекты», утвержденные МПР России 30.09.99. Устанавливают общие принципы определения нормативов предельно допустимого сброса загрязняющих веществ в водные объекты (ПДС) в составе сточных вод и применение указанных нормативов в системе управления качеством сточных вод. Документ направлен на обеспечение единого методического подхода при осуществлении водоохранных мероприятий, связанных со сбросом сточных вод в водные объекты, на применение единообразных расчетных методов, которые рекомендуется использовать водопользователям, имеющим организованные выпуски сточных вод в водные объекты, при разработке нормативов ПДС;«Методические указания по разработке нормативов предельно допустимых вредных воздействий на подземные водные объекты и предельно допустимых сбросов вредных веществ в подземные водные объекты», утвержденные МПР России 23.09.99. Определяют нормативы ПДВВ на подземные водные объекты как совокупность количественных и качественных показателей (характеристик) процессов и сооружений, которые могут оказать вредное воздействие на подземные воды. ПДВВ разрабатываются в двух случаях: если техногенная деятельность приводит к изменению показателей водоносных горизонтов, которые используются или могут быть использованы в будущем для добычи подземных вод; если эти изменения оказывают влияние на другие компоненты окружающей природной среды. Особенность разработки нормативов ПДС состоит в том, что сброс сточных вод (жидких отходов) в подземные водные объекты допускается только в том случае, если в качестве пластов-коллекторов используются глубоко залегающие водоносные горизонты, не связанные с поверхностными водными объектами и водоносными горизонтами верхней гидродинамической зоны, в которой проявляется дренирующее влияние поверхностных вод;«Методические указания по организации и осуществлению государственного контроля за использованием и охраной внутренних морских вод и территориального моря Российской Федерации» (утверждены МПР России 12.06.99). Документ содержит основные требования и рекомендации, необходимые для осуществления государственного контроля за использованием и охраной прибрежных вод морей и их прибрежной полосы, а также прилежащей к ним зоны Российской Федерации. Контроль осуществляется в целях предупреждения, предотвращения и устранения их загрязнения и засорения, создания безопасных и благоприятных условий для здоровья людей, а также для оздоровительно-лечебного, рекреационного, хозяйственно-бытового, рыбохозяйственного, транспортного и иного морского водопользования.Глава 2. Методы очистки сточных вод2.1 Общие сведенияТребования к качеству очищенных сточных вод, сбрасываемых в водоемы общественного пользования, постоянно повышаются, что естественно вызывает необходимость разработки эффективных методов очистки и доочистки, очистки сточных вод. Эти требования касаются, в первую очередь, взвешенных и органических веществ, биогенных элементов, ряда специфических загрязнений: СПАВ, нефтепродуктов, солей тяжелых металлов и т.д. содержащихся в сточных водах.Для обеспечения требуемого качества очищенных сточных вод по БПК5, ХПК, аммонийному азоту, солесодержанию были проведены соответствующие исследования, которые убедительно показали, что указанная степень очистки сточных вод наиболее реально достигается при использовании сочетания биологического, физико-химического и сорбционного методов с использованием активного угля и озона, в ряде случаев схема дополняется мембранными фильтрами.В зависимости от экологической обстановки, в отдельных регионах страны к очищенным сточным водам предъявляются еще более высокие требования. По результатам экспериментальных исследований и производственных испытаний разработана технологическая схема и выпускается в заводском исполнении станция сверхглубокой очистки сточных вод для малонаселенных мест и разработана методика расчета очистных сооружений сверхглубокой очистки для более крупных объектов. При разработке станций сверхглубокой очистки сточных вод все сооружения и методы, входящие в общий процесс очистки воды, были максимально интенсифицированы. Оптимизация каждого из этих методов в общем процессе очистки позволила получить качество сточных вод, удовлетворяющее требованиям ПДК, и сделала очистные сооружения надежными и гибкими. С повышением содержания взвешенных веществ и значительным контактом водной массы с донными отложениями скорость снижения концентрации СПАВ в воде зачастую повышается за счет сорбции и осаждения. В случае значительного накоплении СПАВ в донных отложениях в аэробных условиях, донный ил начинает окисляться микрофлорой. В анаэробных условиях СПАВ может накапливаться в донных отложениях и приведет к тому что может стать источником вторичного загрязнения водоема. Максимальные количества кислорода (БПК), потребляемые 1мг/дм3 различных ПАВ колеблется от 0 до 1.6 мг/дм3. При биохимическом окислении образуются различные промежуточные продукты их распада: спирты, альдегиды, органические кислоты и др. В результате распада СПАВ, содержащих бензольное кольцо, образуются фенолы. В поверхностных водах СПАВ находятся в растворенном и сорбированном состоянии и в поверхностной пленке воды водного объекта. Степень биохимического окисления СПАВ зависит от их химического строения и условий окружающей среды.По биохимической устойчивости, определяемой структурой молекул, СПАВ делят на мягкие, промежуточные, жесткие с константами скорости биохимического окисления, составляющими соответственно не менее 0.30 сутки-1; 0.3-0.05 сутки-1; менее 0.05 сутки-1. К числу наиболее легко окисляющихся СПАВ относятся первичные и вторичные алкилсульфаты нормального строения. С увеличением разветвления цепи скорость окисления понижается, и наиболее трудно разрушаются алкилбензолсульфонаты, приготовленные на основе тетрамеров пропилена.При понижении температуры скорость окисления СПАВ уменьшается и при 0-5 градусов Цельсия протекает весьма медленно. Наиболее благоприятные для процесса самоочищения от СПАВ нейтральная или слабощелочная среда (рН=7-9).2.2 Очистка сточных воды активным иломОчистка сточных вод — комплекс мероприятий по удалению загрязнений, содержащихся в бытовых и промышленных сточных водах. Обычно осуществляется в КОС установках.Очищение происходит в несколько этапов:механическийбиологическийфизико-химическийиногда дезинфекция сточных вод.Механический этапПроизводится предварительная очистка поступающих на очистные сооружения сточных вод с целью подготовки их к биологической очистке. На механическом этапе происходит задержание нерастворимых примесей.Сооружения для механической очистки сточных вод:решётки (или УФС — устройство фильтрующее самоочищающееся) и сита;песколовки;первичные отстойники;мембранные элементы;септики.Для задержания крупных загрязнений органического и минерального происхождения применяются решётки и для более полного выделения грубодисперсных примесей — сита. Максимальная ширина прозоров решётки составляет 16 мм. Отбросы с решёток либо дробят и направляют для совместной переработки с осадками очистных сооружений, либо вывозят в места обработки твёрдых бытовых и промышленных отходов.Затем стоки проходят через песколовки, где происходит осаждение мелких частиц (песок, шлак, бой стекла т. п.) под действием силы тяжести и жироловки, в которых происходит удаление с поверхности воды гидрофобных веществ путём флотации. Песок из песколовок обычно складируется или используется в дорожных работах.В последнее время мембранная технология становится перспективным способом при очистке сточных вод. Очистка сточных вод с использованием прогрессивной мембранной технологии применяется в комплексе с традиционными способами, для более глубокой очистки стоков и возврат их в производственный цикл.Очищенные таким образом сточные воды переходят на первичные отстойники для выделения взвешенных веществ. Снижение БПК составляет 20-40 %.В результате механической очистки удаляется до 60-70 % минеральных загрязнений, а БПК5 снижается на 30 %. Кроме того, механическая стадия очистки важна для создания равномерного движения сточных вод (усреднения) и позволяет избежать колебаний объёма стоков на биологическом этапе.Биологический этапБиологическая очистка предполагает деградацию органической составляющей сточных вод микроорганизмами (бактериями и простейшими).На данном этапе происходит минерализация сточных вод, удаление органического азота и фосфора, главной целью является снижение БПК5.Могут использоваться как аэробные, так и анаэробные микроорганизмы.С технической точки зрения различают несколько вариантов биологической очистки. На данный момент основными являются активный ил (аэротенки), биофильтры и метантенки (анаэробное брожение).Первичные отстойники, куда на этом этапе попадает вода, предназначены для осаждения взвешенной органики. Это железобетонные резервуары глубиной пять метров и диаметром 40 и 54 метра. В их центры снизу подаются стоки, осадок собирается в центральный приямок проходящими по всей плоскости дна скребками, а специальный поплавок сверху сгоняет все более легкие, чем вода, загрязнения, в бункер.Также в биологической очистке, после первичных отстойников, существует вторая линия радиальных отстойников. Это илососы. Они предназначены для удаления активного ила со дна вторичных отстойников очистных сооружений промышленных и хозяйственных стоков.Очистка сточных вод активным илом – процесс, основанный на способности микроорганизмов активного ила (см.) потреблять загрязнения сточных вод в качестве эффективного источника энергии и материала для построения своей биомассы. Процесс осуществляется в аэробных условиях, при этом комплекс растворенных, коллоидных и нерастворенных огранических примесей сточных вод подвергается сложным превращениям с участием множества ферментов микроорганизмов активного ила.