CC BY
60
УДК 639.38, 664.95
Мониторинг загрязненности водных систем органическими веществами
К. т. н. Л.И. Маркитанова
Санитарное и экологическое состояние водной системы формируется под воздействием природных и антропогенных факторов. Органические вещества влияют на органолептические, санитарно-гигиенические и токсикологические свойства водных систем. Аналитический контроль воды при определении органических веществ направлен на анализ консервативных, достаточно стабильных соединений, не во всех случаях обладающих выраженными органолептическими свойствами, но даже в незначительных концентрациях представляющих опасность для здоровья человека в силу выраженной токсичности, кумулятивности или способности вызывать отдаленные эффекты /1/.
Мониторинг загрязненности сточных вод предприятий пищевой промышленности является многоуровневой системой с соответствующей аппаратурно-методической и информационно-аналитической базой. Аппаратурно-методическая база включает средства и методы дистанционного, экспрессного и химико-аналитического контроля показателей загрязненности водных систем. Показатель качества воды, характеризующий суммарное содержание в воде органических веществ, называется биохимическим потреблением кислорода (БПК), то есть изменение концентрации растворенного в пробе воды кислорода в результате аэробного биохимического окисления. Кроме того, определяют химическое потребление кислорода (ХПК), то есть количество окислителя в пересчете на кислород, необходимого для окисления органических загрязнений, содержащихся в пробе. Характеристика загрязненности органическими веществами сточных вод предприятий пищевой промышленности с различными схемами водопотребления и водоотведения и разной производственной мощности /2,3,4/ представлена в табл.1.
Во многих городах производственные сточные воды, предварительно очищенные до требуемых показателей, отводят в городскую канализацию для последующей очистки на городских очистных сооружениях вместе с хозяйственно-бытовыми стоками. Местные требования к качеству производственных сточных вод, отводимых в городскую канализацию ряда городов /5/, представлены в табл.2.
Результаты определения БПК и ХПК водных растворов с предельно-допустимой концентрацией (ПДК) некоторых органических веществ /6/ представлены в табл.3.
Временно допустимый сброс очищенных сточных вод в водоемы Санкт-Петербурга и его пригородов /7/ представлен в табл.4.
Таблица 1. Характеристика сточных вод предприятий пищевой промышленности (минимальное - максимальное значение показателя).
Предприятия Взвешенные вещества,мг/л ХПК, мгО/л бпк5, мгО/л -БПКполш мгО/л
Сахарные 1200-2600 4900 14003600 -
Солодовенные 26-2334 84-656 92-1600 -
Производство хлебопекарных дрожжей 43-2000 360-560 970-1690 2300-4300
Пивоваренные 23-5885 21,6-1158 24-6080 -
Спиртовые, перерабатывающие: мелассу 4010-7165 5503569834 5263370604 -
картофель 470 220-830 170-620 580
Водочные 280-846 61,5258,5 66-260 -
Винные 82-600 92-418 338-755 -
Крахмальные, перерабатывающие: картофель 600-4700 300-1300 100-2520 -
Плодоовощные 20-1830 440-2690 350-2175 -
Молочные 350-600 12003000 500-2000 1000-2400
Мясные 410-12000 180012500 650-5100 1600-8600
Птицеперерабатывающие 125-250 500-960 720-1725
Рыбоперерабатывающие 4600-5000 - 80008800 -
Масложировые Экстракция - 16896 16000 -
Рафинирования 241 200 360 -
Маргариновый 1415 78 78 -
Мыловаренный - 70 200 -
Кондитерские (усредненный сток) 1220 6060 2190 4400
Свиноводческие комплексы 1500-9500 - 30008500 -
Таблица 2. Местные требования к качеству производственных сточных вод, отводимых в городскую канализацию.
Показатель Москва Петушки Тверь Минск Санкт-Петербург Краснодар Сергиев-Посад
Взвешенные 500 163 305 400 280 160 194
вещества,
мг/л
БПКполш 500 180* 272 400 800* 158 288
мгО/л
ХПК, мгО/л 800 250 400 1000 1500 - 494
*БП
К5
Таблица 3. Биохимические показатели водных растворов с предельно-допустимой концентрацией органических веществ.
Вещество ПДК, мг/л БПК5, мгО/л БПКполн, мгО/л ХПК, мгО/л
Анилин 0,1 1,76 1,90 2,41
Бензины 0,1 - 0,11 3,54
Бензол 0,5 0,5 1,15 3,07
Дихлорбензол 0,002 0 - 1,42
Дихлорэтан 2,0 0 0 0,56
Пиридин 0,2 1,47 - 2,43
Формальдегид 0,01 0,68 0,72 1,07
Таблица 4. Временно допустимый сброс очищенных сточных вод в водоемы Санкт-Петербурга и его пригородов.
Показатель, мг/л Допустимая концентрация в очищенных сточных водах
Взвешенные вещества 50,0
БПКполн 15,0
ХПК для водоемов:
высшей категории 50,0
других категорий 100,0
Временно допустимый сброс является компромиссом между потребностью в улучшении экологического состояния водных систем в настоящий момент времени и возможностями общества, отраженными в плане поэтапной реализации инженерно-экологических и санитарных мероприятий.
Норматив на БПКполн не должен превышать: для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования - 3 мгО/л; для водоемов культурно-бытового водопользования - 6 мгО/л. /8-10/. Соответственно, можно оценить предельно-допустимые значения БПК5 для тех же водоемов, равные 2 мгО/л и 4 мгО/л.
ХПК характеризует общее количество содержащихся в воде органических и неорганических восстановителей, реагирующих с сильными окислителями. Основные методы определения ХПК - бихроматный и
перманганатный. Наиболее полное окисление органических загрязнений достигается окислением пробы бихроматом калия с добавкой катализатора сульфата серебра при кипячении в серной кислоте 50%-ной. ХПК, определяемую с помощью перманганата калия, обычно называют перманганатной окисляемостью. Именно перманганатная окисляемость является единственным показателем ХПК, регламентирующим качество питьевой воды /9/. Норматив составляет 5 мгО/л.
К эффективным и широко распространенным методам анализа сточных вод промышленных предприятий относятся оптические, хроматографические, электрохимические, масс-спектроскопия и другие методы инструментального анализа /11/. Например, для определения концентрации растворенного кислорода и БПК выпускается портативный цифровой кислородомер АЖА-101, основанный на использовании амперометрического метода. Для определения ХПК в лабораториях выпускается экспресс-анализатор «Экотест-ХПК» - измеритель бихроматной окисляемости, основанный на использовании потенциометрического метода. Однако инструментальные методы требуют оснащенности приборами, а приборы требуют соответствующего обслуживания, поверки, стационарных, хорошо оборудованных аналитических лабораторий, при этом стоимость анализов довольно высока.
Традиционно используемые методы «мокрой» химии /13,14,15/ являются титриметрическими. Ускоренный метод определения бихроматной окисляемости можно считать упрощенной модификацией арбитражного. Он применяется при значениях ХПК водного объекта не менее 50 мгО/л и не более 4000 мгО/л, при больших значениях ХПК пробу необходимо разбавлять. Этот метод пригоден для анализа загрязненных природных и сточных вод и может быть реализован в полевых условиях. Методика ускоренного метода /13,15/ предусматривает применение неразбавленной концентрированной серной кислоты, поэтому в отличие от арбитражного метода не требует часового кипячения пробы. Следует добавить, что при определении ХПК ускоренным методом окисление проводят без добавки или с добавкой катализатора - сульфата серебра или ртути.
Для определения перманганатной окисляемости международным стандартом ИСО 8467 регламентирован метод Кубеля. Диапазон определяемых значений ХПК от 0,5 мгО/л до 10 мгО/л. Максимально допустимая степень разбавления проб - десятикратная; метод применим для водных систем с концентрацией хлорид - аниона не более 300 мг/л /15/. Сущность метода состоит в окислении присутствующих в пробе органических веществ 0,01Н раствором перманганата калия при кипячении в сернокислой среде в течении 10 минут.
Для мониторинга загрязненности питьевых, природных, хозяйственно-бытовых и сточных вод органическими веществами в полевых условиях, в условиях базового лагеря или в условиях недостаточно оснащенных учебных и производственных лабораторий могут быть реализованы ускоренные методы определения ХПК в силу своей относительной простоты, воспроизводимости и достоверности результатов.
Список литературы
1. Алексеев А.И., Валов М.Ю., Юзвяк З. Критерии качества водных систем. Учебное пособие. - СПб.: Химиздат, 2002, - 212 с.
2. Водоотводящие системы промышленных предприятий. Учебник для ВУЗов /С.В.Яковлев, Я.А.Карелин, Ю.М. Ласков, Ю.В.Воронов; Под ред. С.В.Яковлева. - М.: Стройиздат, 1990. - 511 с.: ил.
3. Храмцов А.Г., Нестеренко П.Г. Безотходная технология в молочной промышленности /Под ред. А.Г.Храмцова. - М.: Агропромиздат,1989. -279с.: ил.
4. Вторичные сырьевые ресурсы пищевой и перерабатывающей промышленности. АПК России и охрана окружающей среды. Справочник /Под общ. ред. акад. РАСХН Е.И.Сизенко. - М.: Пищепромиздат, 1999. -468 с.
5. Малахов И. А. Очистка сточных вод мясоперерабатывающих предприятий //Мясная индустрия. 2001. №5, с.49 - 51.
6. Путилов А.В., Копреев А.А., Петрухин Н.В. Охрана окружающей среды. Учебное пособие для техникумов. - М.: Химия, 1991. - 224 с.: ил.
7. Отведение и очистка сточных вод Санкт-Петербурга /Под общ. ред. Ф.В.Кармазинова. - СПб.: Стройиздат СПб, 1999. - 424 с.: ил.
8. ГОСТ 2761 - 84. Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора.
9. СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода и водоснабжение населенных мест. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды питьевого водоснабжения. Контроль качества.
10. Государственный контроль качества воды. - М.: ИПК изд-во Стандартов, 2001. - 688 с.
11. Разяпов А.З., Кудрин И.В., Шаповалов Д.А. Высокочувствительные методы контроля загрязнений объектов окружающей среды. - М.: МИСиС, 2001.
12. Протопопов И.И., Тихомиров Г.П., Андросова Л.М., Степкин Р.А. Мониторинг загрязненности сточных вод инструментальными средствами //Молочная промышленность. 2003. №10. с.55 - 57.
13. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. - М.: Химия, 1984.
14. Унифицированные методы анализа вод СССР Выпуск 1. - Ленинград, Гидрометеоиздат, 1978.- 144 с.
15. Муравьев А.Г. Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами. 3-е изд., доп. и перераб. - СПб.: «Крисмас+», 2004. - 248 с.
