CC BY
235
ЭКОЛОГИЯ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (104) 2011
возможность токсикозов у населения при передозировках, поскольку растения и животные в этом случае выполняют роль своего рода буфера. При этом необходимо нормирование содержания селена в системе почва — растение — животное с учетом конкретных биогеохимических условий региона.
Библиографический список
1. Clark L.C., Combs JGF, Turnbull B.W. et al The Nutritional Prevention of Cancer with selenium 1983 — 1993; a Randomized Clinical Trial // J. Am. Med. Ass., 1995. - Vol. 276. -P. 1957-1963.
2. Levy J. B., Jones H.W, Gordon A.C. Selenium deficiency, reversible cardiomyopathy and short-term intravenous feeding // Postgraduate Medical J., 1994. — Vol. 70. — P. 235-236
3. Голубкина, Н. А. Селен в питании: растения, животные, человек / Н. А. Голубкина. - М. : Изд-во Печатный город, 2006. - 254 с.
4. Полосина, А. В. Селен в почвообразующих породах и почвах Новосибирской области / А. В. Полосина // Сибирской экологический журнал. — 2009. — Т. 2. — С. 293 — 297.
СИНДИРЕВА Анна Владимировна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры экологии и биологии Омского государственного аграрного университета.
ГОЛУБКИНА Надежда Александровна, доктор сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник лаборатории пищевой токсикологии НИИ питания РАМН, г. Москва.
Адрес для переписки: е-таіі: [email protected]
Статья поступила в редакцию 07.04.2011 г.
© А. В. Синдирева, Н. А. Голубкина
УДК 504.406.(1/9) С. Б. ЧАЧИНА
Омский государственный технический университет
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫСШИХ ВОДНЫХ РАСТЕНИЙ: ЭЙХОРНИИ, РЯСКИ МАЛОЙ И ВАЛЛИСНЕРИИ СПИРАЛЕВИДНОЙ ДЛЯ ДООЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОАО « ГАЗПРОМНЕФТЬ-ОНПЗ»______________________
Изучена аккумуляционная способность высших водных растений — эйхорнии, ряски малой, валлиснерии спиралевидной. Впервые проведена сравнительная характеристика высших водных растений по способности извлекать из сточных вод и аккумулировать фосфаты, фенол, соединения азота, СПАВ, хлориды, сульфаты и нефтепродукты. Данные исследований могут применяться для создания биологических прудов и использования для доочистки городских и промышленных сточных вод высших водных растений.
Ключевые слова: сточные воды, доочистка сточных вод, высшие водные растения.
В сточных водах, образующихся на современных предприятиях, преобладают примеси, которые не относятся к категории сильно токсичных: хлориды, сульфаты, нитраты и фосфаты натрия, калия, кальция, аммония, магния, железа, меди, органические продукты, взвешенные вещества, нефтепродукты, СПАВ, масла и т.д. Сточные воды нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств, кроме растворенных органических и неорганических веществ, могут содержать коллоидные примеси, а также взвешенные вещества, плотность которых может быть больше или меньше плотности воды.
Основными загрязнителями сточных вод ОНПЗ являются нефтепродукты и фенолы. ПДК нефтепродуктов в водоемах питьевого и рыбохозяйственного назначения составляет 0,1 мг/м3, фенола — 0,25 мг/м3.
Поэтому актуальным является вопрос очистки сточных вод от этих загрязнений. Норматив содержания нефтепродукта в промстоках 1,2 систем на выходе с установок, без предварительных очисток составляет 2500 мг/м3. На заводе применяются методы очистки: механическая, флотация и биологическая, но они не дают высокой степени очистки.
Одним из способов доочистки сточных вод от биогенных веществ является использование высшей водной растительности (ВВР) — макрофитов (тростник, камыш, уруть, ряска). Способность ВВР к накоплению, утилизации, трансформации многих загрязняющих веществ делает их незаменимыми в общем процессе самоочищения водоёмов [1].
Все это определило основную цель исследования: изучить способность высших водных растений аккумулировать фосфаты, фенол, соединения азота,
СПАВ, хлориды, сульфаты и нефтепродукты из сточных вод ОАО «Газпромнефть ОНПЗ».
Научная новизна работы. Впервые изучена аккумуляционная способности и проведено сравнение эффективности высших водных растений эйхорнии, ряски малой, валлиснерии спиралевидной в качестве методов доочистки нефтесодержащих сточных вод.
Практическое значение. Выявлен видовой состав высших водных растений, перспективных для доочистки городских сточных вод ОАО «Газпромнефть ОНПЗ».
Материал и методы исследования. Объектами исследования являлись высшие водные растения, способные аккумулировать токсичные соединения: валлиснерия спиралевидная — Vallisneria spiralis, эйхорния, или водный гиацинт — Eichornia crassipes, ряска малая — Lemna minor.
Валлиснерия спиралевидная (Vallisneria spiralis) — настоящее водное растение, приспособленное к жизни в реках и озерах. Это растение с длинным тонким ползущим корневищем. В России (на Нижнем Дону и Нижней Волге, в Предкавказье и на Дальнем Востоке) произрастает один вид — валлиснерия спиралевидная (Vallisneria spiralis) [2].
Эйхорния, или водный гиацинт (Eichornia crassipes). Надводная часть его состоит из листьев и цветка, напоминающего гиацинт. С помощью корневой системы и контактирующих с водой листьев растение усваивает из воды неорганический углерод карбонатов, минеральные соли, низкомолекулярные углероды, аминокислоты и другие вещества. Эйхор-ния способна поглощать все лишнее, что загрязняет воду: нефтепродукты, фенолы, сульфаты, фосфаты, хлориды, нитраты, СПАВ, щелочи, тяжелые металлы. И при этом эффективно очищает водоемы, сточные воды промышленного, хозбытового, животноводческого и т. п. происхождения. Улучшает БПК и ХПК. Уничтожает патогенные микроорганизмы гнилостного ряда, нормализует общее микробное число и Коли-индекс. Есть опыт применения этого растения для очистки реки Темерник (г. Ростов-на-
Дону) [3].
Ряска малая (Lemna minor). Это небольшое растение, плавающее на поверхности или в толще воды, состоящее из листовидных стеблей, скрепленных по несколько штук между собой, от которых темнозеленого цвета 0,5—1 см в диаметре отходит единственный короткий нитевидный корешок. Растение содержит антоцианы, флавоноиды, соли меди, брома, железа, ванадия, кальция, кремния, следы радия, 25 % протеина, незначительное количество аскорбиновой кислоты, йод, бром. Это растение очищает водоёмы от углекислоты и снабжают кислородом, служит кормом для рыб и защиты от солнечных лучей. Ряску применяют для очистки воды, так как листецы извлекают из нее и запасают азот, фосфор, калий поглощает углекислый газ и обогащает воду кислородом. На присутствие загрязняющих веществ ряска реагирует изменением листеца и поэтому может использоваться как индикаторный организм [4].
Исследования проводились в период с 2009 по 2010 г. В процессе исследований изучалась эффективность методов очистки нефтесодержащих сточных вод ОАО «Газпромнефть ОНПЗ» и методов доочистки с использованием высших водных растений — эйхорнии, валлиснерии, ряски. Процесс контролировали по следующим показателям: рН, содержанию взвешенных веществ, сухого остатка, содержанию фосфатов (фосфора), фенола, азота общего,
азота аммонийного, ХПК, БПК, хлора, СПАВ, нефтепродуктов. Показатели определяли по утвержденным методикам.
Была проведена оценка эффективности доочистки сточных вод ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ» с использованием эйхорнии, валлиснерии, ряски по физическим показателям.
Нами было отобрано четыре пробы сточных вод с ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ»: 1 — вход на радиальные отстойники, 2 — выход с радиальных отстойников, 3 — выход сфлотаторов, 4 — выход с биологической очистки. Для сравнения с выше указанным методом фильтрации нами предложены методы доочистки (фильтрации) — доочистка сточных вод водными растениями эйхорния (проба № 5), валлиснерия (проба № 6) и ряска (проба № 7). Растения выдерживали в течение 5—7 дней в сточных водах, взятых со стадии фильтрации.
ХПК определяли фотометрическим методом, БПК — йодометрическим методом, хлориды и сульфаты — титриметрическим методом, нефтепродукты экстрагировали из воды четыреххлористым углеродом, отделяли нефтепродукты от сопутствующих органических соединений других классов на колонке, заполненной оксидом алюминия, и измеряли массовую концентрацию нефтепродуктов методом ИК-спектрометрии. Определение фенолов проводили экстракционно-фотометрическим методом после отгонки с паром. Содержание нитратов и нитритов определяли фотометрическим методом. Определение фосфат-ионов и фосфорсодержащих соединений проводилось фотоколориметрическим методом.
Результаты и их обсуждение
Взвешенные вещества. Наибольшее содержание взвешенных веществ нами отмечено в пробе № 1, что составило 284 мг/л. По мере очистки сточных вод наблюдалось снижение содержания взвешенных веществ. Наименьшее содержание взвешенных веществ отмечено в пробе № 4, что составляет 129 мг/л. Содержание взвешенных веществ после проведенной нами доочистки валлиснерией составило 48 мг/л (эффективность очистки = 83 %), а после ряски — 32 мг/л (э. о .=88,7 %) (табл. 1). Содержание взвешенных веществ во всех пробах сточных вод ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ» соответствует ПДК (табл. 2). Эффективность очистки сточных вод от взвешенных веществ после доочистки эйхорнией составляет — 96,3 %. (табл. 1).
Сухой остаток. Наибольшее содержание сухого остатка отмечено в пробе № 1, что составило 573 мг/л. Содержание сухого остатка после проведенной доочистки валлиснерией составило 236 мг/л (э. о. = 58,8 %), а после доочистки ряской 125 мг/л (э.о. = 78%). Эффективность очистки сточных вод после доочистки эйхорнией составляет 87 % (табл. 1). Содержание сухого остатка в пяти пробах сточных вод ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ» соответствует ПДК, а пробы № 1 и № 2 не соответствуют ПДК (табл. 3).
Нефтепродукты. Наибольшее содержание нефтепродуктов нами отмечено в пробе № 1, что составило 0,7 мг/л. Содержание нефтепродуктов после проведенной нами доочистки валлиснерией составило 0,6 мг/л (э.о. = 14,2 %), а после доочистки ряской — 0,5мг/л (э.о. =28,5 %). Содержание нефтепродуктов в пробах сточных вод ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ» соответствует ПДК, кроме проб № 1, 2, 4, что превышает ПДК (табл. 3). Эффективность очистки
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (104) 2011 ЭКОЛОГИЯ
ЭКОЛОГИЯ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (104) 2011
Таблица 1
Результаты исследований физических показателей сточных вод на очистных сооружениях ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ»
Вид стока Характеристика запаха Плотность, гр/см3 рН Взвешенные вещества, мг/л Сухой остаток, мг/л
Вход на радиальные отстойники Запах очень сильный, бензинный, 5 баллов 0,997 8,8 284 573
Выход с радиальных отстойников Запах очень сильный, бензинный, 5 баллов 0,997 8,6 246 525
После флотаторов ОНПЗ Запах сильный, бензинный, 4 балла 0,995 6,9 171 431
Вторичные отстойники Б.Б.О. (выход) Запах слабый, аптечный, 1 балл 0,996 5,8 129 587
Валлиснерия Запаха нет, 0 баллов 0,995 6,7 48 236
Оценка эффективн.(%) 2 23 83 58,8
Ряска Запаха нет, 0 баллов 0,995 6,5 32 125
Оценка эффективн. (%) 2 26 88,7 78
Эйхорния (водный геоцинт) Запаха нет 0,995 7,3 10,4 73,9
Оценка эффективн.(%) 2 17 96,3 87
Таблица 2
Результаты исследований химических показателей сточных вод на очистных сооружениях ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ»
Вид стока ХПК, мг/л БПК, мг/л Фосфат ионы, мг/л Фенол Ре, мг/л Общий азот Хлориды, мг/л Соединение азотсодержащих соединений, мг/л
Н02 ЫИ4 нефтеп
Вход на радиальные отстойники 123,9 13 4,6 0,056 0,09 145,8 134,9 0,08 121 0,7
Выход с радиальных отстойников 119,6 17,5 4,3 0,052 0,06 138,9 123,9 0,05 109,9 0,7
После флотаторов ОНПЗ 112,9 18,2 4,3 0,048 0,04 129,9 118,4 0,02 98,3 0,6
Вторичные отстойники Б.Б. О. (выход) 108,6 15,2 0,15 0,036 0,02 111,1 109,9 0,01 89,6 0,7
Валлиснерия 70,6 3,27 0,14 0,028 0,02 75 108,2 0,02 56,5 0,6
Оценка эффективн. (%) 43 74,8 97 50 77,8 48,5 19,8 75 53,6 14,2
Ряска 78,8 3,85 0,12 0,014 0,01 83,8 109 0,01 66,7 0,5
Оценка эффективн. (%) 36,4 70,3 97,3 75 88,9 42,5 19,2 87,5 45 28,5
Эйхорния (водный геоцинт) 70,6 1,44 0,1 0,002 0 72,9 107,5 0,01 63,1 0,2
Оценка эффективн. (%) 43 89 98 964 100 50 20,3 87,5 60 71,4
сточных вод после доочистки эйхорнией — 71,4 % (табл. 2, рис. 1).
Фосфаты. Наибольшее содержание фосфатов нами отмечено в пробе № 1, что составило 4,6 мг/л. По мере очистки сточных вод наблюдалось снижение содержания фосфатов. Наименьшее содержание фосфатов отмечено в пробе № 4, что составляет 0,15 мг/л. Содержание фосфатов после проведенной доочистки валлиснерией составило 0,14 мг/л (э.о. = 97%), а после доочистки ряской — 0,12 мг/л (э.о. = 97,3 %). Содержание фосфатов во всех пробах сточных вод ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ» соответствует ПДК (табл. 3). Эффективность очистки сточных вод после доочистки эйхорнией — 98% (табл. 2, рис. 2).
Железо. Наибольшее содержание железа нами отмечено в пробе № 1, что составило 0,09 мг/л. В пробе № 4, что составляет 0,02 мг/л. Содержание железа после проведенной доочистки валлиснерией
0,02 мг/л (э.о. = 77,8 %) и активированным углем составило 0,01мг/л (э. о . = 88,9 %). Содержание железа во всех пробах сточных вод ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ» соответствует ПДК (табл.3). Эффективность очистки сточных вод после доочистки эйхорнией — 100 % (табл. 1, рис. 1).
БПК. Наибольшее содержание БПК нами отмечено в пробе № 2, что составило 17,5 мг/л. Наименьшее содержание БПК отмечено в пробе № 1, что составляет 13 мг/л. Содержание БПК после проведенной доочистки валлиснерией составило 3,27 мг/л (э.о. = 74,8 %), а после доочистки ряской — 3,85мг/л (э.о. = 70,3 %). Содержание БПК во всех пробах сточных вод ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ» соответствует ПДК (табл. 3). Эффективность очистки сточных вод после доочистки эйхорнией — 89 % (табл. 2, рис. 2).
ХПК. Наибольшее содержание ХПК нами отмечено в пробе № 1, что составило 123,9 мг/л. Наимень-
Таблица 3
Нормы сброса загрязняющих веществ в систему городской канализации
№ Показатели состава сточных вод ПДК в очищенных стоках, мг/л ПДК загрязняющих веществ в сточных водах, мг/л
1 Взвешенные вещества 15,74 250
2 ХПК 15 30
3 Аммиак 0,8 0,39
4 Нитриты 0,02 0,04
5 Нитраты 6,86 9
б Фосфаты 0,59 4,6
7 Нефтепродукт 0,05 0,65
8 Хлориды 300 350
9 Фенол 0,001 0,02
10 БПК 3,44 150
11 Железо 0,1 0,5
12 рн 7,5 8,5
график изменения химических показателей на разных
п.' --м' I г ::с:.-!к к Г„',С/ ~ I ■ г-''".Ч"' '
160
// //
-фссфят ИОНЫ
фенел
F* мг.і'р
-общий азрт -N02 - N03 -NH4 -С: ыг.'л Нефтепродукты
стадии очистжн
Рис. 1
График изменения химических показателей на разных
г-л* I.r ч-ih l н, ,.ч " " ::::n :-ij i ^-i — Г
Рис. 2
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (104) 2011 ЭКОЛОГИЯ
199
ЭКОЛОГИЯ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (104) 2011
шее содержание БПК отмечено в пробе № 4, что составляет 13 мг/л. Содержание ХПК после проведенной доочистки валлиснерией составило 70,6 мг/л (э.о. = 43 %), а после доочистки ряской — 3,85мг/л (э.о. = 70,3 %). Эффективность очистки сточных вод после доочистки эйхорнией — 89 % (табл. 2, рис. 2).
Хлориды. Наибольшее содержание хлоридов нами отмечено в пробе № 1, что составило 134,9 мг/л. Содержание хлоридов после доочистки валлиснерией — 108,2 мг/л (э. о . = 19,8 %), а после доочистки водным растением ряска — 109 мг/л (э. о. = 19,2 %), Содержание хлоридов во всех пробах сточных вод ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ» соответствует ПДК (табл. 3). Эффективность очистки сточных вод от содержания хлоридов, после доочистки эйхорнией — 20,3 % (табл. 2, рис. 1).
Нитриты. Наибольшее содержание нитритов отмечено в пробе № 1, что составило 0,08 мг/л. Содержание нитритов после проведенной нами доочистки валлиснерией — 0,02 мг/л (э.о. = 75 %), а после доочистки ряской — 0,01 мг/л (э. о. =87,5 %). Содержание нитритов в пяти пробах сточных вод соответствуют нормам ПДК. В двух пробах не соответствуют ПДК (табл. 3). Эффективность очистки сточных вод от содержания нитритов после доочистки эйхорнией составила 87,5 % (табл. 2, рис. 1).
Заключение. Таким образом, анализ полученных данных подтверждает видовые отличия растений по способности аккумулировать токсичные вещества. Наиболее интенсивной азотопоглощающей и фос-фатопоглащающей способностью среди изученных видов обладает эйхорния. Аккумуляция фенола, ХПК, СПАВ, хлоридов, сульфатов и нефтепродуктов
эихорниеи, валлиснериеи и ряской осуществляется с одинаковой эффективностью. Наиболее акклиматизированной к условиям Западной Сибири является ряска малая. Она быстро размножается и не требует создания специальных условий для доочистки сточных вод. В естественных условиях для биологической доочистки сточных вод используют биологические пруды и поля орошения или поля фильтрации.
Библиографический список
1. Храмцова, Т. Г. Использование макрофитов для доочистки городских сточных вод [Текст] / Т. Г. Храмцова, Д. И. Стом,
B. А. Выгода // Проблемы экологии. — 1995г. — Вып. 2. —
C. 260-262.
2. Вайсман, Я. И. Использование водных растений для доочистки сточных вод [ Текст] / Я. И. Вайсман, Л. В. Рудакова, Е. В. Калинина // Экология и промышленность России. — 2006. — № 11. — С. 9 — 11.
3. Использование эйхорнии для очистки промстоков [Текст] / Е. П. Курцевич [и др.] // Экология и промышленность России. — 2001. — № 2. — С. 21—23.
4. Высшие водные растения для очистки сточных вод [Текст] / Ю. А. Тарушкина [и др.] // Экология и промышленность России. — 2006. — № 5. — С. 36 — 39.
ЧАЧИНА Светлана Борисовна, кандидат биологических наук, доцент кафедры физической химии. Адрес для переписки: e-mail: [email protected]
Статья поступила в редакцию 14.03.2011 г.
© С. Б. Чачина
Книжная полка
Панов, В. П. Теоретические основы защиты окружающей среды [ Текст] : учеб. пособие для вузов по направлению «Защита окружающей среды» / В. П. Панов, Ю. А. Нифонтов, А. В. Панин ; под ред. В. П. Панова. - М. : Академия, 2008. - 313 с. - ISBN 978-5-7695-4721-8.
Изложены физико-химические и технологические основы методов предотвращения загрязнения окружающей среды выбросами в атмосферу, сбросами сточных вод и твердыми отходами. Описаны методы расчета процессов и выбора наиболее рациональных способов очистки газовых и жидких отходов, охарактеризованы их преимущества и недостатки. Приведены методы утилизации твердых отходов в различных отраслях промышленности. Рассмотрены способы защиты от энергетических воздействий.
Трофименко, Ю. В. Экология: Транспортное сооружение и окружающая среда [Текст] / Ю. В. Трофименко. - 2-е изд., стер. - М. : Академия, 2008. - 392 с. - ISBN 978-5-7695-5582-4.
Описаны проблемы взаимодействия транспортного сооружения с окружающей средой с учетом современных тенденций развития инженерной экологии. Подробно изложены методы оценки основных видов воздействия основных видов воздействия транспортного сооружения на окружающую социальную и природную среду, методы инженерной защиты среды на этапах проектирования, строительства и эксплуатации транспортного сооружения.
Для студентов высших учебных заведений. Может быть полезно специалистам, занимающимся вопросами проектирования, строительства, эксплуатации и ремонта транспортных сооружений, работникам автомобильного транспорта, служб экологического контроля и аудита.
