CC BY
2
УДК 628.35
ао1:10.55287/22275398_2023_3_161
ВЛИЯНИЕ ХЛОРСОДЕРЖАЩЕГО РЕАГЕНТА, ПОЛУЧЕННОГО ИЗ ПОДЗЕМНЫХ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ВОД, НА БИОЛОГИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ КИСЛОРОДА ОЧИЩАЕМЫХ СТОЧНЫХ ВОД
Л. И. Соколов В. А. Силинский
Вологодский государственный университет, г. Вологда
Аннотация
Изучено влияние хлорсодержащего реагента, полученного из подземных минерализованных вод, на биологическое потребление кислорода очищаемых сточных вод. Проведено сравнение изменения биологической и химической потребности в кислороде в хлорированных и нехлорированных водах. Оценена целесообразность хлорирования очищенных сточных вод.
Ключевые слова
подземные минерализованные воды, электролитический ги-похлорит натрия, сточные воды, биологическая и химическая потребности в кислороде, хлорированные воды, нехлориро-ванные воды
о
Сй
1-
и
.0
с;
ш
1-
О
а
1-
и 5
О
г
м
О
-1
м
Э
СО
Дата поступления в редакцию \
16.08.2023 5
Дата принятия к печати ®
22.08.2023 I
I
<и
--т
>
о с
Введение го
>5 I
X <и
Хлорирование очищаемых сточных вод проводится с целью их дезинфекции. С помощью хло-
а.
ра достигается обеззараживание очищаемых сточных вод перед сбросом в водоём. В процессе хло- го
рирования образуются некоторые органические вещества, включая хлорорганические, вредные для человека и для водных организмов [1 - 4]. Целью данного исследования является оценка степени роста органических веществ в сточных водах при их хлорировании и сравнение по показателю
и 3
го
БПК5 пяти видов вод: нехлорированной сточной, хлорированной сточной, речной, смеси нехло- <
рированной с речной и смеси хлорированной с речной. Показатель БПК5 позволил определять па <0
в ходе исследования объем растворенного кислорода, который был израсходован на анаэробную па 2
переработку органических соединений стоков за 5 суток, т. е. показал степень разложения органи- ^ о
ческих загрязнителей с помощью микроорганизмов. Считается, что в течение 5 дней при темпера- ® X
туре 20 °С выполняется окисление 70% органических включений [5 - 9]. Показатель же ХПК по- О 5
= I ^ £
зволил определить количество кислорода, необходимое для разложения органики в сточных водах не биологическим, а химическим способом разрушения.
Методика и материалы
Проведение экспериментальных исследований по получению хлорсодержащего реагента — ги-похлорита натрия (ГХН), из подземных минеральных вод проводилось в лабораторных условиях согласно стандартным методикам и нормативным документам [10].
В качестве объекта исследований использовали природную минеральную воду. Выбор минеральной воды и солевого раствора для проведения экспериментов объясняется следующим образом. Минеральная вода — природное сырье, которое может быть использовано с целью получения низкоконцентрированного гипохлорита натрия.
В экспериментах с минеральной водой использовали минеральную воду двух месторождений Вологодского района: артезианская скважина, расположенная на территории бальнеолечебни-цы им. Лебедева, с концентрацией хлоридов 200 г/л и артезианская скважина санатория «Новый источник», с концентрацией хлоридов 20 г/л.
Для проведения исследований был создан прототип бездиафрагменной электролизной установки. Электролиз проводился при постоянном электрическом токе в непроточном режиме работы.
Электролизная установка непроточного типа включала в себя: цилиндрическую ячейку, изготовленную из термопрочного стекла объемом 1000 мл, крышки, токоподводы, входной и выходной штуцеры, источник переменного тока, выпрямитель напряжения, амперметр. В качестве электродов использовали графитовые пластины размером 50x80 мм, толщиной 5 мм, межэлектродное пространство составляло 5 мм. Рабочие площади катода и анода равны 8 см2. Расстояние между дном корпуса ячейки и пластинами электродов составляло 1 см. Расположение электродов—вертикальное. Установка размещалась в вытяжном шкафу и подключалась к источнику переменного тока через встроенный в установку выпрямитель тока. При подаче тока на электроды в емкости происходил процесс электролиза. Продолжительность электролиза минеральной воды составляла 90 минут. Каждые 10 минут производили отбор проб и определяли содержание активного хлора по стандартной методике. Электролиз завершали по прекращению роста концентрации активного хлора. Полученный ГХН в результате электролиза минеральной воды с концентрациями активного хлора 7,2 г/л, 3,6 г/л, 1,8 г/л, 0,9 г/л хранили в течении 140 часов при температурах 10 °С и 22 °С и использовали для дезинфекции сточных вод, что явилось вторым этапом исследования. На этом этапе в качестве объекта исследований применялись реальные сточные воды объединённых очистных сооружений канализации (ООСК) г. Сокол Вологодской области, куда поступают сточные воды от ПАО «Сокольский ЦБК», ООО «Сухонский БК» и городские хозяйственно-бытовые стоки. На исследованных ООСК применяется биологический метод, включающий 6-ти ступенчатую схему очистки: камера смешения, решетки, песколовки, преаэратор, первичные отстойники, аэротенки и вторичные отстойники. Эксперимент проводился в сравнении эффектов обеззараживания пяти видов вод: речной, как менее загрязнённой органическими веществами, сточной нехлорированной и хлорированной с высоким содержанием органики, а также их смесей.
Отбор проб очищенной сточной воды производился на выпуске ООСК г. Сокол Вологодской области. Для сравнения обеззараживанию также подвергались пробы речной воды в дозировках реагента и условиях, принятых для сточной воды. Отбор проб речной воды производился в створе водозабора очистных сооружений водопровода на реке Вологде. Температура речной воды при отборе составляла +2 °С. Пробы помещались в изотермическую сумку-холодильник и в течение часа доставлялись в химическую лабораторию ООСК г. Сокол для проведения исследований. При от-
боре пробы очищенные сточные воды имели температуру +7 °С и в течение 10 минут доставлялась на анализ в химическую лабораторию ООСК. Затем пробы сточной и речной воды, находящиеся в герметичной таре, помещались в холодильник и находились там до востребования (не более 10 часов) при температуре +4 °С.
Определение хлора проводили следующим образом. К пробам сточных вод, а также их смесям с речной водой добавляли электролитический гипохлорит натрия №ОС1, полученный из подземных минерализованных вод, в количестве, необходимом , чтобы остаточный хлор составлял 1,1мг/л — 1,2мг/л после 15 минут взаимодействия. Хлорируемые пробы перемешивали 15 минут. Определение концентрации активного хлора проводили амперометрически с использованием метода обратного титрования. Остаточный хлор классифицировали на свободный, связанный и общий хлор.
Эксперимент проводился по следующей методике. Образцы сточных вод разделяли на две части. Одну часть подвергали хлорированию, чтобы общее остаточное содержание хлора после 15 минут контакта находилось в пределах 1,1мг/л — 1,2мг/л. Действительное значение содержания остаточного хлора измерялось немедленно (таблица 1). Другую часть образцов сточных вод не хлорировали. Нехлорированные и хлорированные сточные воды разбавляли водой из реки ^ Вологда в отношении три части сточных вод на одну часть речной воды. Смеси вод помещали в че- ^ тырёхлитровые колбы. Для каждого случая готовили пять одинаковых проб. Растворы помещали на вибрирующий стол и выдерживали в темноте при температуре 20 °С в течение 6 - 7суток. Затем определяли значения БПК5 для нехлорированных и хлорированных сточных вод, речной воды и смесей сточных вод с речной водой. Все анализы показателей качества исследуемых вод и их смесей проводились в аккредитованной химической лаборатории объединённых ООСК г. Сокол. Хлорорганические соединения в воде определяли методом газожидкостной хроматографии.
03
СО
Результаты
В таблице 1 представлены результаты по определению концентрации хлора в очищенной сточной воде объединённых очистных сооружений канализации (ООСК) г. Сокол Вологодской области, а именно: введённые количества хлора в виде гипохлорита натрия и остаточные количества в воде после 15-ти минутного контакта ГХН со сточной водой.
Таблица 1
Концентрации остаточного хлора в сточных водах очистных сооружений канализации г. Сокол
Доза ГХН, мг/дм3 8 12 16
Остаточный активный хлор, мг/дм3 1,0 1,1 1,2
Биологическое потребление кислорода для нехлорированных и хлорированных сточных вод, речной воды и смесей сточных вод с речной водой представлено в таблице 2.
Таблицу 2 см. на следующей странице
и
т 5
0
1 I
<и
т >
0 с
го н
1
<и
го <и а
с;
и <
са
ш 3
го
£ а и
о и а
0 ц
X
<и
1 К
са О
с;
о *
о и
Таблица 2
Значение биологического потребления кислорода для разных видов вод: нехлорированных и хлорированных сточных вод, речной воды и смесей сточных вод с речной водой
БПК5 очищенных сточных вод, мг О/дм3 БПК5 очищенных сточных вод после хлорирования ГХН (дозой 12 мг/дм3), мг О/дм3 БПК5 речной воды, мг О/дм3 БПК5 смеси речной и очищенной сточной воды, мг О/дм3
29 120 8 24
Речная вода имела показатель БПК5 = 8 мг О/дм3. До очистки сточная вода имела значение показателя БПК5 = 56 мг О/дм3, а после очистки 29 мг/л. После обработки хлорсодержащим реагентом ГХН (при концентрациях 2 мг/л и 12 мг/л) значения БПК5 соответственно возросли до 40 мг/л и 120 мг/л. По результатам эксперимента было установлено увеличение значения и по показателю ХПК, также отвечающему за содержание органических веществ в воде (таблица 3).
Таблица 3
Зависимость показателей БПК и ХПК от дозы реагента по активному хлору
Наименование показателя Доза обеззараживающего реагента по активному хлору, мг/л
Речная вода Сточная вода
0 2 12 0 2 12
ХПК, мг О/дм3 20 25 25 65 80 360
БПК5, мг О/дм3 8 12 15 29 40 120
* Перед выпуском в водоем требуется доочистка сточных вод до показателей: ХПК 40 - 80 мг О/дм3; БПК5 3 - 10 мг О/дм3. (Постановление Правительства РФ № 1430 от 15.09.2020 г.).
Хлорирование городских и промышленных сточных вод приводит к образованию ряда хло-рорганических соединений, которые включают более пяти процентов хлора от количества введённого хлорсодержащего реагента (рисунок 1).
Рис. 1. Влияние качества воды и условий ее обеззараживания на процесс образования ХОС от продолжительности контакта с реагентом (при дозе активного хлора 3 мг/дм3)
Заключение
Хлорирование до минимального содержания остаточного хлора означает убавление хлора в количестве, достаточном для того, чтобы обеспечить хлорпоглощение и получить свободный остаточный хлор. В процессе хлорирования до минимального содержания остаточного хлора нарушается содержание остаточного азота, присутствующего в сточной воде, и почти весь остаточный хлор выделяется в виде свободного активного хлора.
Как показал эксперимент, при использовании исследуемого хлорсодержащего реагента для обеззараживания сточной воды образуются хлорорганические соединения (ХОС), увеличивающие показатели ХПК и БПК. К органическим веществам, ответственным за образование ХОС, относятся оксосоединения, имеющие одну или несколько карбонильных групп, находящихся в орто- пара- положении, а также вещества, способные к образованию карбонильных соединений при изомеризации, окислении или гидролизе. К таким веществам можно отнести и нефтепродукты, хотя в стоках исследованных ООСК г. Сокол их содержание не превышало 1 мг/дм3.
Основные концентрации ХОС образуются на этапе первичного хлорирования воды при введении хлора в очищаемую сточную воду. На исследованные очистные сооружения ООСК поступала смесь городских хозяйственно-бытовых сточных вод и сточных вод двух целлюлозно-бумажных комбинатов. В хлорированной реагентом сточной воде целлюлозно-бумажного производства обнаружено свыше двадцати различных ХОС. Наиболее часто отмечается присутствие опасных тригалометанов и четыреххлористого углерода. При этом количество хлороформа обычно на 3 - 5 порядков превышает содержание других ХОС. Процесс образования ХОС довольно сложен, растянут по времени до нескольких часов и зависит от многих факторов: дозы хлора, концентрации в воде органических веществ, продолжительности контакта, температуры, величины рН воды, щелочности. Таким образом, исследования показали, что в процессе хлорирования сточных вод образуются некоторые вещества, в частности ХОС, вредные для водных организмов, что требует при сбросе в водоем глубокой доочистки таких стоков методами фильтрования, сорбции, электролиза и другими в зависимости от качества сточной воды.
и
Z м
О
-I
м
D CD
m s
Библиографический список
1. Sokolov, L. Application of water treatment sludge for obtaining fertile soil. / L. Sokolov, V. Silinsky, S. Kolobova [Electronic Resourse] // International Conference on Efficient Production and Processing (ICEPP-2021) — Volume 247. — 2021. — Режим доступа: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202124701072.
2. Sokolov, L. Sodium Hypochlorite Production from Salted Groundwater. / L. Sokolov, V. Silinsky, S. Kolobova [Electronic Resourse] // Journal of Applied Chemical Science International — T. 12 (1). — 2021. — P. 17 - 26. — Режим доступа: https://www.ikprress.org/index.php/JACSI/article/view/6476.
3. Онищенко, Г. Г. Эффективное обеззараживание воды основа профилактики инфекционных заболеваний / Г. Г. Онищенко. Водоснабжение и санитарная техника. — 2005. — № 12, 4.1. — С. 8 - 12.
4. Драгинский, В. Л. Пути решения проблемы уменьшения концентрации хлорорганических соединений, образующихся при хлорировании воды / В. Л. Драгинский, Л. П. Алексеева. Технологии очистки воды «ТЕХН0В0Д-2008» : материалы IV Междунар. научн.-практ. конф., г. Калуга, 26 - 29 февр. 2008 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. (НПИ). — Новочеркасск : «Оникс+», 2008. — С. 18 - 24.
5. Круглова, Ю. А. Современные методы обеззараживания воды / Ю. А. Круглова; НГПУ им. К. Минина. — М., 2017. — Библиогр. № 2 (2) с. 18 - 21.
и
0
1 I
(U
т >
0 с
го н
1
(U
го
(U
а
и 3
го
£ а и
о и а
0 ц
X
<и
S
1
к
S
со
о с;
о *
о и
6. Помогаева, В. В. Анализ основных методов обеззараживания воды [Текст] / В. В. Помогаева, Ю. И. Стребкова; ФГБОУ ВО Воронежский государственный технический университет.—М., 2016. — Библиогр.: с. 27 - 33. — Российский инженер.
7. Variable Chlorine Decay Rate Modeling of the Matsapha Town Water Network Using EPANET Program / T. T. Ababu, Y Tesfamariam, J Stanle et al // Journal of Water Resource and Protection: Vol. 11 No. 1, January 14, 2019. — P. 34 - 41.
8. Overview of the main disinfection processes for wastewater and drinking water treatment plants. / M. C. Sustainability, A. Abba, I. Sorlini et al // (Switzerland). — Volume 10 (1). — 2018 — P. 86.
9. Пат. 2767943 Российская Федерация, МПК C02F 1/465, C02F 1/467. Способ очистки сточных вод / Л. И. Соколов, С. В. Колобова, В. А. Силинский; заявитель и патентообладатель Волог. гос. ун-т. — №: 2021114389; заявл. 21.05.2021; опубл. 22.03.2020, бюл. № 9.
10. Пат. 2722175 Российская Федерация, МПК C25B 1/26. Способ получения электролитического гипохлорита натрия / С. В. Колобова, Е. А. Мезенева, Л. И. Соколов, В. А. Силинский; заявитель и патентообладатель Волог. гос. ун-т. — №: 2019139636; заявл. 05.12.2019; опубл. 28.05.2020, бюл. № 16.
THE EFFECT OF A CHLORINE-CONTAINING REAGENT OBTAINED FROM UNDERGROUND MINERALIZED WATERS ON THE BIOLOGICAL OXYGEN CONSUMPTION OF TREATED WASTEWATER
L. I. Sokolov V. A. Silinsky
Vologda State University, Vologda
Abstract
The effect of a chlorine-containing reagent obtained from underground mineralized waters on the biological oxygen consumption of treated wastewater has been studied. The changes in biological oxygen demand in chlorinated and non-chlorinated waters are compared. The expediency of chlorination of treated wastewater is evaluated.
The Keywords
underground mineralized water, electrolytic sodium hypochlorite, wastewater, biological oxygen demand, chlorinated water, non-chlorinated water
Date of receipt in edition
16.08.2023
Date of acceptance for printing
22.08.2023
Ссылка для цитирования:
Л. И. Соколов, В. А. Силинский. Влияние хлорсодержащего реагента, полученного из подземных минерализованных вод, на биологическое и химическое потребление кислорода очищаемых сточных вод. — Системные технологии. — 2023. — № 3 (48). — С. 161 - 166.
