• Жить без еды высшая ступень развития
• Коллективизация в ссср: причины, сущность, ход и последствия Сущность и итоги коллективизации
• Процесс социализации человека, его периоды, стадии
• Эпигенетика: что управляет нашим генетическим кодом?
• Что такое митоз и какой в профазе митоза происходит процесс?
• Химия всё что нужно знать для ОГЭ
• Форма японской поэзии. Японские стихи. Как правильно писать в японском стиле. В качестве обязательного элемента текста используется киго, "сезонное слово" - повествование ведется в настоящем времени
• К чему может привести глобальное загрязнение окружающей среды Последствия загрязнений
• Феодор студит. Формы общения с ересью
• Святая мученица наталия Акафист святой наталье

Судьба загрязняющих веществ в природных водах складывается по – разному. Тяжелые металлы, попав в водоем, распределяются по различным формам, после чего постепенно выносятся с течением, захватываются донными отложениями или поглощаются водными организмами (в первую очередь, связываясь с SH –группами), с которыми и оседают на дно, причем разные формы тяжелых металлов поглощаются в разной степени.

Нефтепродукты практически не смешиваются с водой и растекаются по ее поверхности тонкой пленкой, которая уносится тече­ниями и со временем адсорбируется на взвешенных частицах и оседает на дно. Растворенные нефтепродукты также адсорбируются на взвешен­ных частицах, либо окисляются растворенным в воде кислородом, причем разветвленные углеводороды окисляются быстрее неразветв­ленных. Также нефтепродукты могут усваиваться водными микроорга­низмами, однако здесь ситуация обратная: разветвленные усваиваются медленнее.

Поверхностно – активные вещества адсорбируются на взвешенных частицах и оседают на дно. Также они могут разлагаться некоторыми микроорганизмами. Некоторые ПАВ образуют нерастворимые соли с кальцием и магнием, однако поскольку такие ПАВ плохо мылятся в жесткой воде, их стараются заменять веществами, не образующими не­растворимых солей. Поведение ПАВ, не образующих нерастворимых солей, в основном описывается кинетическими моделями с использо­ванием эффективной линейной скорости потока из толщи воды на дно.

Удобрения, попав в водоем, обычно поглощаются живыми организмами, резко увеличивая биомассу, но, в конечном итоге, все равно оседают на дно (хотя частично могут быть извлечены из донных отложений обратно).

Большинство органических веществ, в том числе ядохимикаты, либо гидролизуются, либо окисляются растворенным кислородом, либо (несколько реже) связываются с гумусовыми кислотами или ионами Fe 3+ . И окислению и гидролизу могут способствовать некоторые микроорганизмы. Окислению подвергаются вещества, содержащие серу в низких степенях окисления, двойные связи, ароматические кольца с донорными заместителями. Также окисляются атомы углерода, связанные с кислородом, и атомы углерода у поляризованных связей:

Галогенсодержащие соединения, а также ароматические соединения с мета –ориентирующими заместителями (например, NO 2 –группой) и галогенами окисляются гораздо медленнее, чем незамещенные аналоги. Кислородсодержащие группы в молекуле или o, n – ориентирующие заместители (кроме галогенов) в ароматическом кольце, наоборот, ускоряют окисление. В общем, относительная устойчивость соединений к окислению в воде примерно такая же, как и в атмосфере.

Гидролизу подвергаются, в первую очередь, соединения, содержащие полярные связи углерод – галоген, существенно медленнее - сложноэфирные связи, еще медленнее - связи C –N.

Увеличение полярности связи приводит к ускорению гидролиза. Кратные связи, а также связи с ароматическим ядром практически не гидролизуются. Также плохо гидролизуются соединения, в которых у одного атома углерода находится несколько атомов галогенов. Если в результате гидролиза образуются кислоты, то повышение рН, как правило, способствует этому процессу, если образуются основания – усилению гидролиза способствует уменьшение рН. В сильнокислых средах ускоряется процесс гидролиза связей С – О, но замедляется гидролиз связей углерод – галоген.

Как окисление, так и гидролиз органических соединений описываются кинетическими моделями и могут быть охарактеризованы периодом полупревращения этих соединений. Гидролиз, катализируемый кислотами и основаниями, описывается более сложными моделями, поскольку его скорость очень сильно зависит от рН (Рис.).

Такую зависимость обычно выражают уравнением

k = k n + k а * 10 - pH + k b £„ * 10 14 –рН,

где k - общая константа скорости гидролиза, k n - константа скорости гидролиза в нейтральной среде, k a – константа скорости гидролиза, катализируемого кислотой, k b , - константа скорости гидролиза, катали­зируемого основанием.

Продукты окисления и гидролиза, как правило, менее опасны для организмов, чем исходные вещества. Кроме того, они могут далее окислиться до Н 2 О и СО 2 или усвоиться микроорганизмами. В гидросфере второй путь более вероятен. Химически устойчивые органические вещества в итоге оказываются в донных отложениях за счет адсорбции на взвесях или поглощения микроорганизмами.

Во всех водоемах эффективные линейные скорости потока растворенных веществ на дно обычно намного меньше 10 см/сут, поэтому этот путь очищения водоемов достаточно медленный, но зато весьма надежный. Органические вещества, попавшие в донные отложения, обычно разрушаются обитающими в них микроорганизмами, тяжелые металлы превращаются в нерастворимые сульфиды.

На правах рукописи

ИЗВЕКОВА Татьяна Валерьевна

ВЛИЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ, СОДЕРЖАЩИХСЯ В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ, НА КАЧЕСТВО ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ (на примере г. Иванова)

Иваново - 2003

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Ивановский государственный химико-технологический университет".

Научный руководитель: Доктор химических наук,

доцент Гриневич Владимир Иванович

Официальные оппоненты: Доктор химических наук,

профессор Базанов Михаил Иванович Доктор химических наук, профессор Яблонский Олег Павлович

Ведущая организация: Институт химии растворов Российской

академии наук (г. Иваново)

Защита состоится 1 декабря 2003 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.063.03 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" по адресу: 153460, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Ивановский государственный химико-технологический университет".

Ученый секретарь

диссертационного совета

Базаров Ю.М.

Актуальность работы. Проблема, связанная с присутствием различных органических соединений в питьевой воде привлекает к себе внимание не только исследователей различных областей науки и специалистов водоподготовки, но и потребителей.

Содержание органических соединений в поверхностных водах изменяется в широких пределах и зависит от многих факторов. Доминирующим из них является хозяйственная деятельность человека, в результате которой поверхностные стоки и атмосферные осадки загрязнены разнообразными веществами и соединениями, включая и органические, которые содержатся в микроколичествах, как в поверхностных водах, так и питьевой воде. Некоторые вещества, такие как пестициды, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), хлорорганические соединения (ХОС), включая диоксины, даже в микродозах чрезвычайно опасны для здоровья человека. Это обуславливает их приоритетность наряду с другими экотоксикантами и требует ответственного подхода при выборе технологии водоподготовки, мониторинга и контроля качества, как питьевой воды, так и водоисточника.

Поэтому исследование содержания ХОС как в воде источника водоснабжения, так и появление последних в питьевой воде; определение риска на здоровье населения при краткосрочном и долговременном употреблении воды, как потенциальной опасности угрозы здоровью и для совершенствования действующих систем водоподготовки имеет актуальное значение. В диссертационной работе исследование проводилось на примере У Вольского водохранилища, обеспечивающее

80 % потребления питьевой воды населением г. Иванова. __

Работа выполнена в соответствии с тематическими планами исследований Ивановского государственного химико-технологического университета (2000 - 2003 гг.), ГРАНТом РФФИ № 03-03-96441 и ФЦНП.

Основной целью данной работы было выявление взаимосвязи между качеством воды в Уводьском водохранилище и питьевой водой, а также оценка риска возникновения канцерогенных и общетоксических эффектов у населения. Для достижения этих целей были выполнены:

экспериментальные измерения следующих наиболее важных показателей качества воды: рН, сухой остаток, ХПК, концентрации фенолов, летучих галогеноуглеводородов (хлороформа, чел " ~ [хлорэтана,

Трихлорэтилена, тетрахлорэтилена, 1,1,2,2-тетрахлорэтана), хлорфенолов (2,4-дихлорфенола, 2,4,6-трихлорфенола) и пестицидов (гамма ГХЦГ, ДДТ), как в источнике водоснабжения, так и питьевой воды;

Определены основные источники и стоки углеводородов нефти и фенолов в Уводьском водохранилище;

Расчеты величин риска возникновения канцерогенных и общетоксических эффектов и разработаны рекомендации по снижению вероятности их возникновения у потребителей воды.

Научная новизна. Выявлены закономерности временного и пространственного изменения качества воды в источнике водоснабжения г. Иванова. Установлены взаимосвязи между содержанием основных токсикантов в источнике водоснабжения и качеством питьевой воды, которые позволяют путем варьирования дозы хлора или совершенствованием системы водоподготовки снизить риски развития неблагоприятных канцерогенных и общетоксических эффектов. Установлена взаимосвязь между содержанием взвешенного органического вещества и хлорфенолов в водохранилище и питьевой воде. Показано, что содержание хлороформа обуславливается величинами рН и перманганатной окисляемостью (ПО) природной воды. Впервые определены риски развития неблагоприятных органолептических, общетоксических и канцерогенных эффектов у горожан, а также связанные с этим сокращения ожидаемой продолжительности жизни и ущербы здоровью населения.

Практическая значимость. Впервые определены основные источники (канал Волга-Уводь и атмосферные выпадения) и стоки углеводородов нефти и фенолов (гидродинамический вынос, биохимическая трансформация, седиментация и испарение) в Уводьском водохранилище. Кроме того, полученные экспериментальные данные могут быть использованы как для прогноза изменения качества воды в водохранилище и питьевой воды. Даны рекомендации о водозаборе с контролируемой глубины в определенные времена года, а также для эколого-экономического обоснования необходимости модернизации систем водоподготовки.

Основные положения, выносимые на защиту. 1. Закономерности пространственно-временного и межфазного распределения ХОС в водоеме.

2. Взаимосвязь содержания ХОС в Уводьском водохранилище и в питьевой воде, прошедшей все этапы водоподготовки.

3. Результаты балансовых расчетов по поступлению и выведению углеводородов нефти и фенолов из водоема.

4. Результаты расчета риска для здоровья населения при краткосрочном и долговременном употреблении воды, прошедшей водоподготовку, сокращение ожидаемой продолжительности жизни (LLE) и ущербы, выраженные в денежном эквиваленте, наносимые здоровью населения г. Иваново по статистической стоимости жизни (ССЖ) и ущерб по «минимальному размеру суммы страхования ответственности за причинение вреда жизни, здоровью...».

Публикация и апробация работы. Основные результаты диссертации были доложены на III Российском научно-техническом семинаре "Проблемы питьевого водоснабжения и пути их решения", Москва, 1997; Всероссийской научно -технической конференции "Проблемы освоения и использования природных ресурсов Северо - Запада России", Вологда, 2002; II Международной научно-технической конференции "Проблемы экологии на пути к устойчивому развитию регионов", Вологда, 2003.

Объём диссертации. Диссертация изложена на 148 стр., содержит 50 табл., 33 рис. и состоит из введения, литературного обзора, методик исследований, обсуждения результатов, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 146 наименований.

В первой главе рассмотрены основные источники и стоки органических, включая хлорорганические соединения в природных поверхностных водах, механизмы образования и разложения хлорорганических соединений в воде. Дан сравнительный анализ различных методов водоподготовки (хлорирование, озонирование, УФ-излучение, ультразвук, рентгеновское излучение), а также влияние того или иного метода обеззараживания воды на содержание в ней ХОС. Показано, что в настоящее время не существует ни одного метода и средства без тех или иных недостатков, универсального для всех видов обработки воды: подготовки питьевой воды, обеззараживания промышленных стоков, сточных бытовых и ливневых вод. Поэтому наиболее эффективным и экономически выгод-

ным является повышение качества природных вод в источниках водоснабжения. Таким образом, изучение формирования и миграции основных токсикантов в каждом конкретном случае водоснабжения является не только актуальным, но и обязательным как для улучшения качества воды в источнике, так и для выбора метода водоподготовки.

Во второй главе приведены объекты исследований: поверхностный (Уводь-ское водохранилище, рис. 1) и подземный (Горинский водозабор) источники водоснабжения, а также вода из городского водопровода.

Анализ показателей качества проводили по аттестованным методикам: рН -потенциометрическим; сухой остаток и взвешенные вещества определялись весовым методом; химическое (ХПК), биохимическое (БПК5) потребление кислорода и растворенный кислород - титриметрически, летучие фенолы - фотометрически (КФК-2М), нефтепродукты определяли ИК-спектрофотомет-рическим методом («8ресогс1-80М»), летучие галогеноуглеводороды (хлороформ, четыреххлористый углерод, хлорэтилены, хлорэтаны) определяли как газохроматографически, так

и фотометрическими методами, хлор-фенолы и пестициды (гамма ГХЦГ, ДДТ) - газохроматографическими методами (газовый хроматограф марки «Биолют» с детектором электронного захвата (ДЭЗ)). Случайная погрешность измерения ХОС хроматографи-ческими методами (доверительная вероятность 0,95) не превышала 25 %, а относительная погрешность измерения всех остальных показателей качества воды по стандартным методикам не превышала 20 %.

Глава 3. Качество воды в Уводьском водохранилище. Глава посвящена анализу пространственно-временного распределения органических соединений и влияние на них обобщенных показателей (глава 2). Измерения показали, что изменение величины рН не выходит за пределы толерантности водной экосистемы

дохранилища

Мы. за исключением нескольких замеров (станции: плотина, канал). Сезонные изменения - повышение шелочности, а. следовательно, и величины рН воды в летний период связаны в основном с процессами фотосинтеза. Начиная с 1996 года (водозабор) отмечается тенденция к повышению рН. соответственно по годам: 7,8 (1996 г.); 7.9 (1997 г.); 8,1 (1998 г.); 8,4 (2000 г.); 9,0 (2001 г.). что, по-видимому, связано с повышением биопродуктивности водохранилища и накоплением биомассы в воде. Это свидетельствует о постепенном повышении уровня трофности водоема.

Анализ содержания органических веществ (рис. 2) в воде Уводьского водохранилища с 1993 по 1995 г. показал увеличение их содержания до 210 мг/л, причем растворенных органических веществ до 174 мг/л, а во взвешенной форме их содержание возросло до 84 %. Наибольшее количество растворенных органических веществ отмечается в районе д. Рожново, а взвешенные органические вещества более или менее равномерно распределены по водоему.

Исследование содержания органических веществ в составе растворенных и взвешенных форм на водозаборе показало, что в фазы устойчивого водообмена основная масса органических соединений находится в растворенном или коллоидно-растворенном состоянии (93-^98,5 %).

Во время паводка (2 квартал) содержание органических соединений, как в растворенной, так и во взвешенной форме увеличивается, причем взвешенные формы соааюяют 30 35 % от общего содержания органических веществ. Необходимо 01менпь. что в фазы устойчивого водообмена содержание органических соединений и районе водозабора выше, чем в зимние месяцы. По-видимому, это связано с более интенсивными процессами окисления, фотоситеза или гидролиза части органических веществ (возможно нефтепродуктов) и переводом их в растворенное сосюяние.

Величина ПО изменялась в течение 1995-2001 1г. в пределах (мг Оо/л): 6.3-10.5; среднегодовые величины составляли: 6.4-8,5. Содержание биохимически окисляемых органических соединений (БПК5) в воде Уводьского водохра-

■ 1 квартал В 2 квартал ОЗ квартал В 4 квартал

нилища колебалось от 1,1 - 2,7 мг 02/л при нормируемых значениях 2 мг Ог/л по БПК5,аПО- 15мгОг/л.

Максимальное значение цитотоксичности растворов, подверженных окислению (хлорированию, озонированию), возникает при минимальном соотношении БПК/ПО, что указывает на присутствие в растворе биологически неокисляемых соединений. Следовательно, при определенных условиях окисление замещенных соединений может приводить к образованию промежуточных продуктов, имеющих более высокую цитотоксичность.

Результаты измерений (табл. 1) показывают, что наблюдается тенденция уменьшения отношений БПК5/ПО, что свидетельствует о накоплении в водоеме трудно окисляемых органических веществ и является негативным фактором для нормального функционирования водохранилища, и, как следствие, повышается вероятность образования ХОС при хлорировании воды.

Таблица 1

Изменение отношения БПК5/ПО по сезонам_

Сезон Значение БПКз/ПО

1995 г. 1996-1997 г.г. 1998 г. 2000-2001 г.г.

Зима 0,17 0,17 0,15 0,15

Весна 0.26 0,23 0,21 0,21

Лето 0,13 0,20 0,20 0,19

Осень 0,13 0,19 0,19 0,18

Средн. 0,17 0,20 0,19 0,18

За весь исследуемый период времени количество растворенного кислорода в Уводьском водохранилище никогда не падало ниже нормы и абсолютные значения по годам близки между собой. Летом из-за увеличения интенсивности процессов фотосинтеза концентрация растворенного кислорода падает в среднем до 8,4 мг/л. Это приводит к снижению интенсивности окислительных процессов загрязняющих веществ, однако адекватного роста содержания органических соединений (ОС) в 3 квартале не наблюдается (рис. 2). Следовательно, основными каналами разложения ОС являются или фотохимические процессы, или реакции гидролиза и биохимического окисления, а не химического окисления.

Контроль за содержанием органических веществ (рис.3) по акватории водохранилища показал, что среднее содержание летучих фенолов и углеводородов нефти максимально в весенний период и составляет около 9 и 300 ПДКр.х. соответственно. Особенно высокие концентрации отмечаются в районе д. Микшино (14 и 200 ПДКр.х.), д. Рожново (12 и 93 ПДКр.х.) и в близи д. Иванково

более 1000 ПДКр.х. (по нефтепродуктам). Следовательно, накопление в воде Уводьского водохранилища биохимически трудно окисляющихся органических веществ, является следствием загрязнения водохранилища, что и объясняет повышение величины ПО.

1 квартал мг/л

2квартал ю-

3 квартал 5 -

4 квартал О

12 3 4 Нефтепродукты

Рис. 3. Пространственно временное распределение летучих фенолов и нефтепродуктов от времери года по.станциям (1995 г.): 1) плотина, 2) «Мик|ни1ю», 3) ^анал, 4) «Рожново», 5) «Иванково».

Для выясненйя основных причин "повышенного содержания в воде водохранилища фенолов и углеводородов нефти (НП) было измерено их содержание в атмосферных осадках (табл. 2), что позволило из уравнения баланса определить основные источники и стоки этих соединений в водохранилище (табл. 3).

Таблица 2

Концентрации фенолов и углеводородов нефти в атмосферных выпадениях в

Показатель Снежный покров* Дождевые осадки

1 2 3 4 15 1 Сред.

Фенолы, мкг/л 17 12 15 8 19 IV 12

НП. мг/л 0,35 отс 0,1 отс 0,05 0.1 0,3

*1) плотина,2) «Мнкшино», 3) канал, 4) «Рожново», 5) «Иванково».

Таблица 3

Источники и стоки фенолов и углеводородов нефти в Уводьском водохранилище

Соединение Источники поступления, т/год 2, т/год Источники выведения, т/год* А. т/год

Дождевой сток Талые воды Сток Р-Уводь Канал Волга-Уводь ГВ, т/год БТ, т/год и, т/год

Фенолы 0,6 0,3 0,5 0,8 2,2 1,1 0,3 0,6 -0,2 (8,5%)

НП 13,76 2,36 156,3 147,7 320,1 111,6 93,6 96,0 -18,9 (5,9%)

* ГВ - гидродинамический вынос: БТ - трансформация (биохим), И - испарение; X -суммарное поступление; Д - разница между приходными и расходными статьями.

Загрязненность атмосферных выпадений НП, по сравнению с содержанием их в водоеме в весенний паводок невелика и составляет для снега 0,1 мг/л (2 ПДКпит), а для дождя 0,3 мг/л (6 ПДКпит), поэтому повышенные концентрации НП, наблюдаемые весной (рис. 3) в воде Уводьского водохранилища, вызваны другими источниками. Данные табл. 3 показывают следующее:

Основными источниками поступления углеводородов нефти в Уводьское водохранилище является канал Волга-Уводь и сток реки Уводь (примерно по 50 %), атмосферные выпадения и талые воды не оказывают существенного влияния на содержание НП в воде водохранилища;

Для фенолов основными источниками являются все рассматриваемые каналы поступления: канал Волга-Уводь - 36 %, дождевой сток - 26 %, сток р. Уводь - 23 %, талые воды - 15 %;

Определены основные каналы выведения: для фенолов - гидродинамический вынос (~ 50 %); для НП - гидродинамический вынос, испарение и биохимическая трансформация -34,30,29 % соответственно.

Измерения содержания общего органического хлора, включающего летучие, адсорбирующиеся и экстрагирующиеся ХОС (рис. 4), показали, что суммарное содержание ХОС в пересчете на хлор в водохранилище максимально в период весеннего водообмена в районе д. Иванково - 264 и летний период - 225 мкг/л («Микши-но»), а в осенний - канал, Иванково (234 и 225 мкг/л соответственно).

■ 1 квартал

□ 2 квартал

□ 3 квартал В4 квартал

1 2 3 4 5 среди водозабор горнил.

Необходимо отметить, что если в 1995-96г.г. в районе водозабора в пределах чувствительности методик, ХОС не всегда обнаруживались, то в 1998 г. хлороформ регистрировался в 85 % замеров, а четыреххлористый углерод в 75 %. Диапазон варьируемых значений для хлороформа составлял от 0,07 до 20,2 мкг/л, (среднее - 6,7 мкг/л), что в 1,5 раза выше ПДКр.х., а для ССЦ от 0,04 до 1,4 мкг/л (в среднем 0,55 мкг/л), при нормируемом отсутствии его в водотоке. Концентрации хлорэтиленов в воде водохранилища не превышали нормируемых величин, однако в 1998 году летом "зарегистрировали тетрахлорэтилен, присутствие которого в природных водах недопустимо. Измерения, проведенные в 1995 - 1997 г.г. показали отсутствие 1,2 - дихлорэтана и 1,1,2,2-

тетрахлорэтана. но в 1998 году было обнаружено наличие 1,2-дихлорэтана в районе водозабора в период весеннего водообмена.

Хлорфенолы в Уводьском водохранилище накапливаются преимущественно в придонных слоях воды, причем во время паводка (2 квартал) их концентрация увеличивается. Аналогичное распределение наблюдается и у взвешенных и растворенных органических веществ (рис. 2). Таким образом, наблюдается хорошая корреляция между ростом содержания взвешенных веществ (коэффициент корреляции 11=0,97), а именно органических взвесей (в 12,5 раз) и концентраций хлор-фенолов в воде водохранилища (рис. 5).

С, мкг/дм* В фазу устойчивого водооб-

2,4-дихлорфенол / мена содержание хлорфенолов в

2,4,6-трихлорфенол/. районе водозабора максимально,

что, по-видимому, связано с перемещением токсикантов в поверхно-

взвеш.в-ва слои из придонных слоев, от-

60 70 80 масс.%

личающихся более высоким содер-

Рис. 5. Зависимость концентрации хлор, г г жанием органических взвешенных фенолов от содержания взве- г

шенных органических веществ. веществ.

В течение всего периода исследований у- ГХЦГ, ДДТ и его метаболиты в воде Уводьского водохранилища и питьевой воде обнаружены не были. Ожидаемого уменьшения содержания ОС в результате процесса разбавления в отбираемых пробах вод на последовательно расположенных станциях («Рожново», «Микшино», «Иванково») не происходит. К примеру, на станции «Рожново» средние концентрации фенолов, НП. хлороформа, трихлорэтилена. ПО составляют в долях ПДКрх соответственно 8.7: 56; <0,5; 0,02; 0,85. На станции «Микшино» средние концентрации составляю! соответственно - 8.9: 110; 2.9; 0.03; 0.73.На станции «Иванково» - 7,0; 368: 6.75; 0.36; 0,55. Таким образом, явление разбавления характерно для фенолов и других, трудно окисляемых соединений (ПО); для НП. хлороформа и трихлорэтилена отмечается явный рост концентраций.

Несколько иная ситуация отмечается на станциях «Канал» и «Плотина». Процессы разбавления здесь проявляются для всех измеряемых соединений.

Средние концентрации фенолов, НП, хлороформа, трихлорэтилена, ПО на станции «Канал» составляют в долях ПДКрх соответственно - 7,4; 30; 0,7; 0,04, 0,55; средние же концентрации на станции «Плотина» - 4,8; 10; <0,5; 0,02; 0,61. Наблюдается рост концентраций трудно окисляемых соединений (по результатам замеров ПО, БПК5/ПО) у верхнего бьефа плотины, что связано с гидродинамическим переносом с акватории водохранилища.

Глава 4. Взаимосвязь качества воды в источнике водоснабжения и питьевой воды. В течение всего периода наблюдений прослеживается взаимосвязь между содержанием хлорорганических соединений в Уводьском водохранилище и в питьевой воде, после процесса хлорирования. Суммарное содержание хлорорганических соединений в пересчете на хлор максимально в резервуаре чистой воды на входе в горколлектор во всех наблюдаемых периодах (рис. 4). Отметим, что увеличение данного показателя после хлорирования воды подземного источника незначительно (1,3 раза), а максимальное значение - 88 мкг/л.

Таблица 4

Годовая динамика содержания ХОС в Уводьском водохранилище

■ Показатель ■ -■■ ......- Среднее значение, мкг/дм * ПДКр.х.,

1995 г.** 1996-1997 г.г. 1998 г. мкг/дм3

Хлороформ <5-121 /8,6 <5-12,6/8,0 1,4-15,0/7,8 5

ССЦ <1-29,4/1,3 <1 0,08-1,4/0,5 отс.

1,2-дихлорэтан___ <6 <6 <0,2-1,7/0,6 100

Трихлортгилен <0,4-13/0,81 <0,1-0,1 /0,05 <0,1-0,1 /0,03 10

Тетрахлорэтилен - - <0,04-0,1 /0,02 отс.

1,1,2,2-тетрахлорэтан - - <0,1 отс.

2,4-дихлорфенол - <0,4-3,4/1,26 <0,1-2.1 /0,48 О 1С.

2,4,6-трихлорфенол j <0.4-3,0/1,3 | <0,4-2,3/0,43 ОТС.

♦min - шак/(среднегод.); ** - усредн. данные по 6 станциям наблюдения.

Наблюдается благоприятная для экосистемы водохранилища тенденция уменьшения содержания всех контролируемых ХОС (табл. 4), но среднегодовые концентрации хлороформа, четыреххлористого углерода, тетрахлорэтиле-на, 2,4-дихлорфенола и 2,4,6-трихлорфенола превышают соответствующие

ПДКрХ, т.е. водные экосистемы испытывают повышенные нагрузки по этим соединениям.

После хлорирования концентрации ХОС в питьевой воде возрастают, но не превышают соответствующих нормативов, установленных для питьевой воды, кроме 2,4-дихлорфенола (табл. 5).

Таблица 5

Годовая динамика содержания ХОС в питьевой воде

Показатель Среднее значение, мкг/дм"1 *

1995 г. 19961997 г.г. 1998 г. 2000 г. 2001 г. ПДКп**

Хлороформ 7.8-35.2 5.6-24.6 5,0-43.5 3.2-38.6 5.0-24.4 200/30

(18,3) (12,2) (11,3) (10,95) (9,3)

ССЦ <1 <1 0.2-0.86 (0,5) 0,2-1,2 (0,53) 0.2-1.1 (0,51) 6/2

1,2-дихлорэтан <6-8,6 <6 <6 <0.2-6.0 (1,4) <0.2-2.5 (1,18) <0.2-1.3 (0,74) 20/10

Трихлорэтилен <0,4-0,4 <0,4 <0,4 <0.1-0.7 (0,18) <0.1-0.2 (0,1) <0.1-0.4 (0,16) 70/3

Тетрахлорэтилен - <0.04-0.1 (0,06) <0,040,1 2/1

1,1,2,2-тетрахлорэтан - - <0,1 <0,10.12 <0,1 200

2,4-дихлорфенол - 0.4-5.3 <0.1-4.3 <0.1-2.1 0.1-0.4 2

(1,6) (1,43) (0,7) (0,3)

2,4,6-трихлорфенол - <0,4-2,8 (0,92) <0.4-3.1 (1,26) <0.4-1.3 (0,78) <0,4 4/10

Гамма ГХЦГ ДДТ - <0,002 2/отс

*тах - тт / (среднегодовые значения); **ПДК„ - нормы РФ/ - нормы ВОЗ.

С1 Периодически (в отдельные месяцы) на-

Я-С-С-С! оЯ-С-О"+СНСЬ блюдалось повышенное содержание хло-О С1 О роформа относительно норм, рекомендо-

ванных ВОЗ. Количество образующегося хлороформа обуславливается величинами рН, ПО природной воды (рис. 7), что не противоречит литературным данным.

Периодически (в отдельные месяцы) наблюдалось повышенное содержание хлороформа относительно норм, рекомендованных ВОЗ. Количество образующегося хлороформа обуславливается величинами рН, ПО природной воды (рис. 7), что не противоречит литературным данным.

Концентрация 2,4-дихлорфенола превышала нормируемую величину (ПДК„ -2 мкг/л) в 30 % замеров в среднем на 40 -5-50 % в течение всего периода

наблюдений. Отметим, что максимальные концентрации хлорфенолов в питьевой воде наблюдались летом (3 квартал), что коррелирует с их содержанием в районе водозабора.

С хф, мкг/дм3

Рис. 7. Взаимосвязь содержания хло- Рис. 8. Взаимосвязь между содержани-роформа в питьевой воде от рН (1) ем хлорфенолов в питьевой и хлорфе-иХПК(2) в природной воде нолов (1), взвешенных органических

(Я, = 0,88; = 0,83). соединений (2) в природной воде

(К| - 0,79; К2 _ 0,83).

Прослеживается тенденция увеличения хлорфенолов в питьевой воде: 2,4-дихлорфенола в среднем в 2 раза, а 2,4,6-трихлорфенола - 1,3 раза в летний период времени. Имеется хорошая корреляция (рис. 8) между концентрацией хлорфенолов в питьевой воде, а также их концентрацией и содержанием взвешенных органических соединений в природной воде.

В связи с тем, что концентрации хлорфенолов в придонных слоях выше и преимущественно находятся во взвешенном состоянии, необходимо улучшить процесс фильтрования воды, а так же осуществлять водозабор с контролируемой глубины. особенно в весенне-летний период.

Глава 5. Оценка влияния питьевой воды на здоровье населения. С помощью

компьютерной программы «Чистая вода». разработанной научно-производственным объединением «ПОТОК» г.Сант -Петербург, была выполнена оценка соответствия питьевой воды по кошролир>емы\1 показа1елям и произведена оценка риска нарушения функционирования ор!анов и систем человека при употреблении воды, прошедшей водоподготовку (1абл. 6).

Результаты расчета показывают уменьшение риска неблагоприятных органолеп-тических эффектов при потреблении питьевой воды, как немедленного действия, так и хронической интоксикации относительно природной воды в районе водозабора. Значимую часть в него вносят такие показатели как фенолы и их хлорпроизводные (2,4-дихлорфенол и 2.4,6-трихлорфенол). С другой сто-

роны после процесса водоподготовки увеличивается (в 1,4 раза) риск канцерогенных эффектов (хлороформ, четыреххлористый углерод и трихлорэтилен) и общетоксический риск: хронического действия в 4-5 раз и суммарного в 2-3 раза, который формируют фенолы, хлороформ, четыреххлористый углерод, 1,2-дихлорэтан и трихлорэтилен.

Таблица 6

Результаты расчета риска по 1998 г._

Показатели Риск

Поверхн. Дно Питьевая

Риск развития неблагоприятных органолепти-ческих эффектов (немедленного действ.) 0,971 0,999 0,461

Риск развития неблагоприятных органолепти-ческих эффектов (хронической интоксикации) 0,911 0,943 0,401

Риск канцерогенных эффектов 0,018 0,016 0,21

Риск общетоксический (развития хронической интоксикации) 0,001 0,001 0,005

Риск общетоксический (суммарный) 0,003 0,003 0,008

Полученные данные позволили выделить приоритетные поллютанты из чис-

ла исследованных, такие как хлороформ, четыреххлористый углерод и трихлорэтилен, 1,2-дихлорэтан, 2,4-дихлорфенол и 2,4,6-трихлорфенол, которые вносят существенный вклад в суммарный общетоксический риск.

Найденные значения вероятностей проявления общетоксических и канцерогенных эффектов значительно превышают нормируемую величину риска. Допустимый (приемлемый риск) от веществ с канцерогенными свойствами лежит в интервале 1 (Г4 до 10"6 чел/чел-год, то есть значения риска заболеваний и смерти при потреблении воды являются не приемлемыми.

Показано, что современное состояние потребляемой населением г. Иванова питьевой воды, приводит к ухудшения его здоровья и как следствие сокращению продолжительности жизни: мужчины - 5,2; женщины - 7,8 лет (табл. 7).

Таблица 7

Сокращение ожидаемой продолжительности для групп населения___

Наименование риска (Я), доли отн. ед. 1ХЕ = Ь х К, год

Мужчины Женщины

Средняя продолжительность жизни 56 71

Средний возраст населения 37 42.3

Ожидаемый остаток я <изни 19 28.7

Риск развития неблагоприятных органолеп-тических эффектов (немедленного действия) 0,157 Показатель, характеризующий возникновение неустойчивых отрицательных реакций организма на потреблённую питьевую воду (аллергические реакции и др.). Органолеп. показатели немед. действия в большинстве случаев не приводят к ЬЬЕ.

Продолжение табл. 7

Риск развития неблагоприятных органолепти ческих эффектов (хроническая интоксикация) 0,09 Показатель, характеризующий возникновение устойчивых отрицательных реахций организма на потреблённую питьевую воду (приобрётенная "глобальная" аллергия, болезни органов дыхания, анемия и др.)

Риск канцерогенных эффектов 0,02 Показатель, характеризующий возникновение мутагенных и канцерогенных эффектов в организме человека (раковые опухоли, изменение ДНК и др.)

Риск общетоксический (развития хрон. интоксикации) 0,006 Показатель, характеризующий развитие у человека заболеваний органов дыхания, эндокринной системы, мочеполовых путей и др.

ЬЬЕ 0.11 0.17

£1ХЕ, год 5,2 7,8

Результаты расчетов показывают, что наибольшее сокращение продолжи-

тельности жизни определяется факторами, формирующими неблагоприятные ор-ганолептические эффекты, величина которых определяется содержанием фенолов и их хлорпроизводными (табл. 6).

В практике применяется экономическая оценка воздействия окружающей среды на здоровье, которая складывается исходя из стоимости жизни и суммы плат на восстановление здоровья. Поэтому был рассчитан ущерб (У) здоровью населения г.Иваново (450 тыс. чел.) от потребления питьевой воды, прошедшей подготовку, по статистической стоимости жизни (табл. 8) и ущерб по «минимальному размеру суммы страхования ответственности за причинение вреда жизни, здоровью, или имуществу других лиц и окружающей природной среде в случае аварии на опасном объекте» (табл. 9).

Таблица 8

Расчёт величины ущерба на основании статистической стоимости жизни (ССЖ)*

Численность в г. Иванове, человек Мужчины (164000) Женщины (197250)

ЬЬЕ от потребления некачественной питьевой воды для одного человека, лет 5,2 7,8

Средняя (ожидаемая) продолжительность жизни, лет 56 71

Ущерб от сокращения продолжительности жизни 1-го человека, выраженный в денежном эквиваленте, € 3496,6 4407,4

Суммарный ущерб, € 0,96 млрд.

* ССЖ = ВВП х Тср / N. где ВВП - внутренний валовый продукт, руб; Т^, - средняя продолжительность жизни, лет; N - количество населения, человек.

Таблица 9

Расчёт величины ущерба, исходя из "минимального размера страховой суммы"

Ущерб от сокращения продолжительности жизни 1-го человека, выраженный в денежном эквиваленте, € Мужчины Женщины

Суммарный ущерб, €** 0,3 млрд.

** основание ст. 15 Закона РФ "О промыш. безопасности опасных объектов" №116-ФЗ (п 2)

Из полученных значений (табл. 7-9), на территории г. Иваново имеет место область недопустимого экологического риска (Ю^.-.Ю"4), требующая проведения природоохранных мероприятий, независимо от масштабов финансовых расходов. Важно отметить, что рассчитанный уровень экологического риска не может быть обусловлен только потреблением питьевой воды.

Так как основной проблемой в системе водоподготовки является образование ХОС при хлорировании воды, а из-за большой протяженности трубопроводов в городе нельзя полностью исключить хлорирование из процесса водоподготовки, то сделать это возможно, заменив хлор на 1-ой ступени хлорирования другим окислителем, в качестве которого предлагается озон, а на 2-ой ступени - хлорирование.

Основные результаты и выводы

1. Установлено, что изменение содержания органических соединений в Уводьском водохранилище во времени имеет тенденцию к уменьшению, хотя концентрации нефтепродуктов и летучих фенолов по-прежнему значительно выше нормируемых величин до 42 и 4 ПДКр.х. соответственно.

2. Показано, что уменьшение содержания органических соединений в результате процесса разбавления на последовательно расположенных станциях («Рожново», «Микшино», «Иванково») не происходит. Явление разбавления характерно только для фенолов, а для нефтепродуктов, хлороформа и трихлорэтилена отмечается явный рост концентраций, что связано с дополнительными источниками поступления (диффузия из иловых вод, поверхностный сток).

Основными источниками поступления углеводородов нефти в Уводьское водохранилище является канал Волга-Уводь и сток реки Уводь (при

примерно по 50 %), атмосферные выпадения и талые воды не оказывают большого влияния на содержание нефтепродуктов в воде водохранилища;

Определены основные каналы выведения: для фенолов - гидродинамический вынос (~ 50 %); для нефтепродуктов - гидродинамический вынос, испарение и биохимическая трансформация - 34,30,29 % соответственно.

4. Показано, что концентрации ХОС в питьевой воде взаимосвязаны как с процессами внутри водоема, так и с процессом обеззараживания воды -хлорированием.

7. Современное состояние потребляемой населением г. Иванова питьевой воды, приводит к ухудшению его здоровья и как следствие сокращению продолжительности жизни (мужчины - 5 лет, женщины - 8 лет, 2001 г.). Величина финансовых потерь оценивается 0,3 млрд. €/год, а, исходя из статистической стоимости жизни, в 0,96 млрд. €/год.----

8. Показано, что хлорфенолы в воде Уводьского водохранилища находятся преимущественно в составе взвешенного вещества, поэтому рекомендовано для снижения их концентрации в питьевой воде улучшить процесс еб фильтрования, а так же осуществлять водозабор с контролируемой глубины, особенно в весенне-летний период.

1. Гриневич В.И., Извекова Т.В., Костров В.В., Чеснокова Т.А. Корреляционные связи между качеством воды в водотоке и питьевым водоснабжением // Тез. докл. на 3-ем Российском научно-техническом семинаре "Проблемы питьевого водоснабжения и пути их решения", Москва. -1997.-С. 123-125.

2. Гриневич В.И., Извекова Т.В., Костров В.В., Чеснокова Т.А. Источники хлорорганических соединений в питьевой воде г. Иваново // Журнал "Инженерная экология" №2,1998. - С. 44-47.

3. Гриневич В.И., Костров В.В., Чеснокова Т.А., Извекова Т.В. Качество питьевой воды в г. Иваново. // Сборник научных трудов "Окружающая среда и здоровье человека"// Иваново, 1998. - С. 26-29.

4. Извекова Т.В., Гриневич В.И., Костров В.В. Хлорорганические соединения в питьевой воде // Тез. докл. «Проблемы освоения и использования природных ресурсов Северо-Запада России: Материалы Всероссийской научно -технической конференции.».- Вологда: ВоГТУ, 2002. - С. 85-88.

5. Извекова Т.В., Гриневич В.И., Костров В.В. Хлорорганические поллютанты в природном источнике водоснабжения и в питьевой воде г. Иванова // Журнал "Инженерная экология" №3,2003. - С. 49-54.

6. Извекова Т.В., Гриневич В.И. Органические соединения в воде Уводьского водохранилища // Тез. докл. На второй Международной научно-технической конференции "Проблемы экологии на пути к устойчивому развитию регионов". - Вологда: ВоГТУ, 2003. - С. 212 - 214.

Лицензия ЛР № 020459 от 10.04.97. Подписано в печать 27.10.2003 Формат бумаги 60x84 1/16. Тираж 90 экз. Заказ 2 "¡> $ . Ивановский государственный химико-технологический университет. 153460, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7.

Ответственный за выпуск

Извекова Т.В.

Введение.

Глава 1 Литературный обзор.

§ 1-1 Санитарно-гигиенические характеристики органических загрязнителей питьевой воды.

§1.2 Источники образования хлорорганических соединений.

§ 1.3 Основные методы подготовки питьевой воды.

Глава 2. Методики и объект экспериментальных исследований.

§2.1 Физико-географическая характеристика района Уводьского водохранилища.

§ 2.2 ОНВС - 1 (м. Авдотьино).

§ 2.3 Методики определения концентраций органических и неорганических соединений.

§ 2.3.1 Взятие проб воды и подготовка к анализу.

§2.3.2 Инструментальные методы исследования ХОС.

§ 2.4 Определение летучих галогенорганических соединений в воде

§2.4.1 Определение хлороформа.

§ 2.4.2 Определение четырёххлористого углерода.

§2.4.3 Определение 1,2-дихлорэтана.

§ 2.4.4 Определение трихлорэтилена.

§ 2.5 Определение хлорорганических пестицидов (у-ГХЦГ, ДЦТ).

§2.5.1 Определение хлорфенолов (ХФ).

§ 2.6 Оценка качества и обработка результатов измерений.

§ 2.7 Определение обобщенных показателей качества воды.

Глава 3. Качество воды в Уводьском водохранилище.

§ 3.1 Основные показатели качества воды в Уводьском водохранилище.

§3.1.1 Влияние изменения рН.

§ 3.1.2 Соотношение взвешенных и растворенных веществ в водоеме.

§3.1.3 Растворенный кислород.

§3.1.4 Изменения БПК5, ХПК.

§ 3.2 Токсические вещества (фенол, нефтепродукты).

§3.2.1 Влияние атмосферных осадков.

§ 3.2.2 Основные источники и стоки углеводородов нефти и фенолов в Уводьском водохранилище.

§ 3.3 Хлорированные углеводороды в воде Уводьского водохранилища.

Глава 4 Взаимосвязь качества воды в источнике водоснабжения и питьевой воды.

§ 4.1 Качество питьевой воды г. Иванова.

§ 4.2 Влияние качества воды в источнике водоснабжения на питьевую воду.

§ 4.3 Качество пресных подземных вод.

Глава 5 Оценка влияния питьевой воды на здоровье населения.

§5.1 Сравнительная оценка риска здоровью населения.

§ 5.2 Оценка риска по сокращению ожидаемой продолжительности жизни. Расчет ущерба здоровью населения по статистической стоимости жизни.

§ 5.4 Обоснование необходимости реконструкции системы водоподготовки на ОНВС - 1.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Влияние органических соединений, содержащихся в природных водах, на качество питьевой воды"

Проблема содержания различных органических соединений в питьевой воде привлекает к себе внимание не только исследователей различных областей науки и специалистов водоподготовки, но и потребителей. Ц Содержание органических соединений в поверхностных водах колеблется в широких пределах и зависит от многих факторов, основным из которых является хозяйственная деятельность человека, в результате которой поверхностные стоки и атмосферные осадки загрязнены разнообразными веществами и соединениями, включая и органические. Определенную роль в загрязнении поверхностных природных вод играют сельскохозяйственные стоки, которые по масштабам локальных поступлений экотоксикантов уступают промстокам, но ввиду того, что они распространены практически повсеместно, сбрасывать их со счета не следует. С сельскохозяйственным загрязнением связывается ухудшение качества поверхностных вод малых рек, а также в определенной степени и подземных вод, связанных на уровне верхних водоносных горизонтов с естественными водотоками.

Сложность проблемы заключается в том, что набор органических загряз-^ нителеи, содержащихся в микроколичествах, как в поверхностных водах, так и питьевой воде очень широк и специфичен. Некоторые вещества, такие как пестициды, ПАУ, хлорорганические соединения (ХОС), включая диоксины, даже в микродозах чрезвычайно опасны для здоровья человека . Одной из главных причин неудовлетворительного качества питьевой воды является повышенное содержание в ней именно хлорированных углеводородов. Это обуславливает их приоритетность наряду с другими опасными экотоксикантами и требует ответственного подхода при выборе технологии водоподготовки, мониторинга и контроля качества, как питьевой воды, так и водоисточника.

Большинство исследователей давно пришли к выводу, что для определения конкретных причин и источников образования хлорсодержащих углеводородов, необходимо знание состава органических соединений, содержащихся в природных водах, использующихся в качестве источника водоснабжения. Поэтому, в качестве объекта исследования было выбрано Уводьское водохранилище, являющееся главным источником водоснабжения города Иванова (80 % от общего объема водопотребления), а также питьевой воды после процесса во-доподготовки.

Для большинства ХОС предельно допустимые концентрации (ПДК) установлены на уровне микрограммов на литр и даже меньше, что и вызывает определенные затруднения при выборе методов их контроля . Повышенные концентрации такого рода соединений в питьевой воде чрезвычайно опасны для потребителей. Тетрахлорид углерода, хлороформ и трихлорэтилен подозреваются в канцерогенном действии, а повышенное содержание таких соединений в воде, а, следовательно, и в организме человека, вызывает разрушение печени и почек .

Таким образом, изучение причин появления хлорированных углеводородов в питьевой воде в зависимости от источника водоснабжения, определение их концентраций и разработка рекомендаций по снижению риска возникновения канцерогенных и не канцерогенных эффектов у потребителей питьевой воды является актуальным. Именно это и было основной целью данного исследования.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

§ 1.1. Санитарно-гигиенические характеристики органических загрязнителей питьевой воды

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), из 750 идентифицированных химических загрязнителей питьевой воды 600 - это органические соединения, которые сгруппированы следующим образом :

Природные органические вещества, включающие гуминовые соединения, микробные экссуданты и другие растворённые в воде продукты жизнедеятельности животных и растений;

Синтетические загрязнения, включающие пестициды, диоксины и другие вещества, производимые промышленностью;

Соединения, добавляемые или образующиеся в процессе обработки воды, в частном случае - хлорировании.

Названные группы логично обозначают и пути попадания органических загрязнителей в питьевую воду. В этой же работе отмечено , что и эти 600 веществ представляют лишь небольшую часть общего органического материала, присутствующего в питьевой воде. Действительно, прогресс, достигнутый в совершенствовании аналитических методов, позволил в последнее время идентифицировать и занести в память компьютеров около 300 органических соединений, обнаруженных в подземных, поверхностных водах и питьевой воде .

На рис. 1 изображены некоторые пути поступления и возможные превращения загрязнителей в поверхностных водах. Загрязнение подземных источников водоснабжения происходит в основном через почву. Так, накопление в почве целенаправленно внесённых хлорорганических пестицидов приводит к постепенному проникновению их в грунтовые воды подземных питьевых источников. По данным работы , треть артезианских скважин предназначенных для питьевого водоснабжения, только в США было закрыто по этой причине. Наиболее часто в подземных водах обнаруживаются хлорорганические соединения. По общепринятой международной терминологии они называются DNAPL (dense non-aqueous phase liquids), т.е. тяжелые неводные жидкости (ТНВЖ). Неводность означает, что они образуют отдельную жидкую фазу в воде подобно нефтяным углеводородам. В отличие от углеводородов нефти они плотнее воды. Эти вещества называют также плотными несмешивающимися с водой жидкостями. В то же время их растворимость вполне достаточна, чтобы вызвать загрязнение подземных вод. Попав в подземные воды, ХОС могут сохраняться там десятилетиями и даже столетиями. Они с большим трудом удаляются из водоносных горизонтов и поэтому представляют собой долговременный источник загрязнения подземных вод и окружающей среды в целом.

Рис. 1. Схема миграции ХОС в непроточном водоеме

В руководстве ВОЗ отмечено, что рекомендуемые величины имеют тенденцию к погрешности в сторону излишней осторожности, что связано с недостаточностью данных и неопределённостями при их интерпретации. Таким образом, рекомендуемые величины допустимых концентраций свидетельствуют о переносимых концентрациях, но не служат регламентирующими цифрами, определяющими качество воды. Так, Агентством по охране окружающей среды США, для содержания хлороформа в питьевой воде была предложена в качестве норматива величина не 30, а 100 мкг/л. Норматив для трихлорэтилена имеет в 5 раз более низкое значение по сравнению с рекомендованным ВОЗ, а для 1,.2дихлорэтана - в 2 раза. В тоже время принятые в США нормативы для четырех-хлористого углерода в 2 раза, а для 1,1-Дихлорэтилена в 23 раза превышают рекомендованные ВОЗ . Такой подход представляется правомерным и с точки зрения экспертов ВОЗ, подчеркивающих, что предлагаемые ими величины носят лишь рекомендательный характер.

Хлороформ 30

1,2 - Дихлорэтан 10

1,1- Дихлорэтилен 0,3

Пентахлорфенол 10

2,4,6 - Трихлорфенол 10

Гексахлорбензол 0,01

В табл. 1.1 представлены рекомендуемые концентрации загрязнителей в воде установленные на основании токсикологических данных и данных о кан-церогенности с учётом средней массы тела человека (70 кг) и среднесуточного потребления воды (2 л) .

Допустимое содержание хлорорганических соединений (ХОС) в природной и питьевой воде по данным Минздрава РФ и их токсикологическая характеристика сведена в табл. 1.2.

Среди многих органических загрязнителей питьевой воды внимание гигиенистов особенно привлекают те соединения, которые являются канцерогенными. Это в основном антропогенные загрязнители, а именно: хлорированные алифатические и ароматические углеводороды, полициклические ароматические углеводороды, пестициды, диоксины. При этом следует отметить, что химические загрязнители в воде способны претерпевать под воздействием комплекса физико-химических и биологических факторов, различные химические превращения, приводящие как к полному их распаду, так и к частичной трансформации. Результатом этих процессов может быть не только снижение неблагоприятного действия органических загрязнителей на качество воды, но порой и его усиление. Например, более токсичные продукты могут появляться при распаде и трансформации некоторых пестицидов (хлорофоса, малатиона, 2,4-Д), полихлорированных бифенилов, фенолов и других соединений .

Таблица 1.2.

Допустимые концентрации и токсикологическая характеристика некоторых

Соединение ПДК, мкг/л Класс опасности Характер воздействия на организм человека

Питьевая вода Природные воды (р.х.) ОДУ*

Показатель вредности ***

Хлороформ 200/30** 5/60 2 с.-т. Наркотик, действующий токсически на обмен веществ и внутренние органы (особенно на печень). Вызывает канцерогенный и мутагенный эффекты, раздражает слизистые оболочки.

Тетрахлорид углерода 6/3** отс / 6 2 с.-т. Наркотик. Поражает ЦНС, печень, почки. Обладает местным раздражающим действием. Вызывает мутагенные, канцерогенные эффекты. Высококумулятивное соединение.

1,2-дихлорэтаь 20/10** 100/20 2 с.-т. Политропный яд. Поражает кор-ково-подкорковые отделы головного мозга. Наркотик. Вызывает дистрофические изменения печени, почках и нарушает функции сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Оказывает раздражающее действие. Канцероген.

1,1,2,2-тетрахлорэтан 200 отс / 200 4 орг. Наркотик. Повреждает паренхиматозные органы. Обладает раздражающим действием.

Грихлорэтилеь 70/3** 10/60 2 с.-т. Наркотик, обладает нейротокси-ческим и кардиотоксическим действием. Канцероген.

Пентахлорфе-нол 10** отс /10 2 с.-т. Обладает высокой липофильно-стью, накапливаясь в жировых отложениях и очень медленно выводится из организма

Тетрахлорэ-тилен 2/1** отс / 20 2 с.-т. Действует сходно с трихлорэти-леном, угнетает центральную и периферическую нервные системы. Снотворный эффект сильнее, чем у ССЦ. Поражает печень и почки. Обладает раздражающим действием.

Продолжение табл. 1.2.

2-хлорфенол 1 отс / 1 4 орг. Обладают умеренными кумулятивными свойствами. Нарушают функцию почек и печени.

2,4-дихлорфенол 2 отс /2 4 орг.

2,4,6-три-хлорфенол 4/10** отс /4 4 орг.

Гамма ГХЦГ 2 / отс** отс /4 1 с.-т. Высокотоксичный нейротроп-ный яд, обладающий эмбрио-токсическим и раздражающим действием. Поражает кроветворную систему. Вызывает канцерогенные и мутагенные эффекты.

ДДТ 2 / отс* * отс /100 2 с.-т. - ориентировочно-допустимые уровни содержания вредных веществ в воде водоемов хозяйственно-питьевого водопользования . - "ориентирующие" нормативы, установленные в соответствии с рекомендациями ВОЗ

15] и Директивой 80/778 ЕС по качеству питьевой воды ЕС . - лимитирующий признак вредности вещества, по которому установлен норматив:

С.-т. - санитарно-токсикологический показатель вредности; орг. - органолептический показатель вредности.

Наиболее распространенными механизмами разрушения ХОС в окружающей среде можно считать фотохимические реакции и, главным образом, процессы метаболического распада с участием микроорганизмов. Фотохимическое разложение ХОС в молекулах, которых содержатся ароматические кольца и ненасыщенные химические связи, происходит в результате поглощения солнечной энергии в ультрафиолетовой и видимой областях спектра. Однако, не все вещества склонны к фотохимическому взаимодействию, например линдан (у-ГХЦГ) при УФ-облучении лишь изомеризуется в а-ГХЦГ. Схема предполагаемого механизма фотохимического превращения ДДТ показана рис.2а .

Скорость фотохимического распада, а также состав конечных продуктов этой реакции зависят от среды, в которой происходит данный процесс. Лабораторные исследования показали, что после облучения УФ-излучением (А. = 254 нм) в течение 48 ч до 80 % ДДТ разлагается, а среди продуктов найдены ДДЭ (основное количество), ДЦД и кетоны. Дальнейшие эксперименты показали, что ДДД очень устойчив по отношению к УФ-излучению, а ДДЭ постепенно превращается в целый ряд соединений, среди которых обнаружены ПХБ. Метаболизм ХОС микроорганизмами, основанный на использовании ими органического углерода в качестве пищи, практически всегда катализируется биологическими ферментами.

ДДЕ сг! а-чОъсчОъо-

Днхлорбензофенон

С1- С - С1 I н ддд а) б)

Рис. 2. Схема предполагаемого механизма фотохимического (а), метаболического (б) превращения ДДТ.

В результате довольно сложных последовательно идущих химических реакций образуются различные метаболиты, которые могут оказаться либо безвредными веществами, либо более опасными для живых организмов, чем их предшественники. Распространенная схема метаболического превращения ДДТ, которая в принципе верна и для других ХОС, приведена на рис. 26 .

Необходимость введения в каждой стране стандартов контроля содержания неорганических и органических загрязнителей в питьевой воде часто определяется особенностями землепользования в водном бассейне, характером водоисточника (поверхностные и подземные воды) и наличием в них токсичных соединений промышленного происхождения. Поэтому, необходимо принимать во внимание целый ряд различных местных географических, социально-экономических, промышленных факторов, а также факторов связанных с питанием населения. Всё это может обуславливать значительное отклонение национальных стандартов от рекомендуемых ВОЗ величин концентраций различных токсикантов.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Извекова, Татьяна Валерьевна

Основные результаты и выводы

1. Установлено, что изменение содержания органических соединений в Уводь-ском водохранилище во времени имеет тенденцию к уменьшению, хотя концентрации нефтепродуктов и летучих фенолов по-прежнему значительно выше нормируемых величин до 42 и 4 ПДКр.х. соответственно.

2. Показано, что уменьшение содержания органических соединений в результате процесса разбавления на последовательно расположенных станциях («Рожново», «Микшино», «Иванково») не происходит. Явление разбавления характерно только для фенолов, а для нефтепродуктов, хлороформа и трихло-рэтилена отмечается явный рост концентраций, что связано с дополнительными источниками поступления (диффузия из иловых вод, поверхностный сток).

3. Впервые из уравнения баланса установлены основные источники и стоки углеводородов нефти и фенола в водохранилище, а именно:

Основными источниками поступления углеводородов нефти в Уводьское водохранилище является канал Волга-Уводь и сток реки Уводь (примерно по 50 %), атмосферные выпадения и талые воды не оказывают большого влияния на содержание нефтепродуктов в воде водохранилища;

Для фенолов основными источниками являются все рассматриваемые каналы поступления: канал Волга-Уводь - 36 %, дождевой сток - 26 %, сток р. Уводь - 23 %, талые воды -15%;

Определены основные каналы выведения: для фенолов - гидродинамический вынос (~ 50 %); для нефтепродуктов - гидродинамический вынос, испарение и биохимическая трансформация - 34, 30, 29 % соответственно.

4. Показано, что концентрации ХОС в питьевой воде взаимосвязаны как с процессами внутри водоема, так и с процессом обеззараживания воды - хлорированием.

5. Суммарное содержания хлорорганических соединений (в пересчете на СГ) после хлорирования воды из Уводьского водохранилища в среднем увеличивается в 7 раз, а при хлорировании воды из подземного источника (Горинский водозабор) только в 1,3 раза.

6. Установлена корреляция между содержанием хлорфенолов и взвешенных органических веществ в воде Уводьского водохранилища и концентраций 2,4-дихлорфенола и 2,4,6-трихлорфенола после хлорирования питьевой воды.

7. Современное состояние потребляемой населением г. Иванова питьевой воды, приводит к ухудшению его здоровья и как следствие сокращению продолжительности жизни (мужчины - 5 лет, женщины - 8 лет, 2001 г.). Величина финансовых потерь оценивается 0,3 млрд. €/год, а, исходя из статистической стоимости жизни, в 0,96 млрд. €/год.

8. Показано, что хлорфенолы в воде Уводьского водохранилища находятся преимущественно в составе взвешенного вещества, поэтому рекомендовано для снижения их концентрации в питьевой воде улучшить процесс её фильтрования, а так же осуществлять водозабор с контролируемой глубины, особенно в весенне-летний период.

9. Выявлено, что основной вклад в значение величины экологического риска вносят ХОС, поэтому рекомендовано заменить первую ступень хлорирования (ОНВС-1) на озонирование.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата химических наук, Извекова, Татьяна Валерьевна, Иваново

1. Кузубова Л.И., Морозов C.B. Органические загрязнители питьевой воды: Аналит. Обзор / ГПНТБ СО РАН, НИОХ СО РАН. Новосибирск, 1993. -167 с.

2. Исаева Л.К. Контроль химических и биологических параметров окружающей среды. СПб.: "Эколого-аналитический информационный центр »Союз»", 1998.-869 с.

3. Randtke S.J. Organic contaminant removal by coagulation and related process combinations // JAWWA. 1988. - Vol. 80, № 5. - P. 40 - 56.

4. Руководство по контролю качества питьевой воды. Т.1. Рекомендации, ВОЗ. -Женева, 1986.- 125 с.

5. Warthington P. Organic micropollutants in the aqueous environment // Proc. 5 Int. Conf. "Chem. Prot. Environ." 1985. Leaven 9-13 Sept. 1985. Amsterdam, 1986.

6. Юданова Л.А. Пестициды в окружающей среде. Новосибирск: ГПНТБ СО АН СССР, 1989.-140 с.

7. Эльпинер Л.И., Васильев B.C. Проблемы питьевого водоснабжения в США. -М., 1984.

8. СанПиН 2.1.2.1074-01. Санитарные правила и нормы "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества.", утвержденные Госкомсан-эпиднадзором России. М., 2000 г.

9. Вредные вещества в промышленности. 4.1.Изд. 6-е, испр. Л., Изд-во "Химия", 1971 г., 832 с.

10. Канцерогенные вещества: Справочник/Пер. с англ./ Под ред. B.C. Турусова. М., 1987, 333 с.

11. Вредные химические вещества. Углеводороды. Галогенпроизводные углеводородов. Справ, изд./ Под ред. В.А. Филова- Л.: Химия, 1989.-732 с.

12. Г. Фелленберг Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию; Пер. с нем. М.: Мир, 1997. - 232 с.

Многие виды сточных вод содержат подверженные гниению вещества, если не учитывать некоторые промышленные сточные воды, состоящие преимущественно из химически токсичных компонентов. Способное к гние­нию вещество, например мясо или кровь, имеет органическую природу и подвержено всеобщему закону природы - декомпозиции, ведущей в конечном счете к минерализации. Поскольку, как и в случае описанного выше гниения мяса, процесс разложения стимулируется и поддерживается автолитическими ферментами, многое из вышесказанного справедливо как в отношении сточ­ных вод, так и в отношении мяса. Различие, которое необходимо отметить уже ввиду неодинаковой концентрации подверженного гниению вещества - в первом случае компактное мясо, а во втором - эмульсия п т. д., не относится к характеру процесса декомпозиции, даже если последние происходят в сточных водах утилизационных предприятий там, где прежде всего проводится термическая обработка физическим воздействием перегретого пара (разложение с помощью разваривания) . Часть спорообразующих микроорганизмов выживает в ходе стерилизации и тоже включается в процесс разложения. При этом происходит процентное уменьшение биохимической потребности в кислороде.

В противоположность усилиям, которые прилагаются в определенный момент времени для того, чтобы прервать процесс декомпозиции сырья утилизационных предприятий с целью консервирования кормового средства, все усилия по обработке сточных вод направлены на то, чтобы достичь с помощью подачи кислорода быстрой и полной минерализации органических компонентов. Если процесс минерализации тормозится, например при повышенном содержании жира в сточной воде, следует особенно настойчиво противодействовать этому нежелательному напоминающему консервацию действию (Рандольф, 1977).

Очистка сточных вод представляет собой в сущности -седиментацию с образованием гнилостного шлама, а также разлагающую деятельность микроорганизмов при аэробиозе (активный ил). Гнилостный шлам при анаэробиозе, подвергаясь действию микроорганизмов," обезвоживается, в то время как хлопья активного ила поддерживают все биологические процессы очистки сточных вод. Если для создания анаэробиоза, т. е. бескислородной среды, в которой могут профилировать клостридии и другие анаэробы, не требуется никаких усилий со стороны человека (метантенк,седиментация, эмшерский колодец), то для поддержания аэробиоза в течение длительного времени, напротив, необходимы сложные технические сооружения (биофильтры, окислительные пруды, активирующие контуры, каскады).

Подача кислорода служит важной предпосылкой для размножения микробов, расщепляющих содержа­щиеся в сточных водах органические вещества. Причем количество микробов уменьшается (стремление к анаэробиозу), если использованный кислород постоянно и регулярно не заменяется новым (бактерии и грибы являются С-гетеротрофными). В этом состоит основа их способности расщеплять органические вещества. В этой функции микробов заключается важная часть экологической системы, в рамках которой следует рассматривать сточные воды и их очистку, а также биологическую самоочистку рек и озер. Бактерии естественных водоемов и сточных вод «довольствуются» незначительными концентрациями питательных веществ. 39 семейств бактерий из 47 имеют своих представителей в микрофлоре водоемов и стоков (Райнхаймер, 1975). Здесь же встречаются и грибы, которые также поглощают органические вещества, так как являются С-гетеротрофными. Большинству грибов тоже необходим свободный кислород. Грибы отличаются большой толерантностью в отношении величины рН и нередко относительно большим диапазоном температур, при которых они могут существовать (рН 3,2-9,6; температура 1-33°С). Грибы расщепляют белок, сахар, жир, крахмал, пектины, гемицеллюлозу, целлюлозу, хитин и лигнин. Количество сапрофитов по отношению к общему числу микробов в сильно загрязненных стоками водоприемниках составляет от 1:5 до 1:100, в то время какволиготроф-ных водоемах этот показатель варьирует между 1:100 и 1:1000. Температура сточной воды и насыщенность ее белками оказывает сильное влияние на период регенерации гетеротрофных бактерий и на состав микробной флоры. Сначала в сточной воде появляются сапрофиты,затем микробы-расщепители целлюлозы, и наконец нитрифицирующие бактерии, которые представлены в наибольшем количестве. Каждый миллилитр бытовой сточной воды может содержать от 3 до 16 млн. бактерий, в том числе десятки или даже сотни тысяч коли-бактерий. В такой сточной воде широко представлены Enterobacteriacetae. Загрязненная сточная вода, богатая органическими веществами, легко обогащается хлами-добактериями,особенно Sphaerotilus natans, что может впоследствии привести к явлению, именуемому выгонкойгрибов. Сапрофитыотличаются от патогенных микробов, в частности, тем, что первые расщепляют только неживые органические вещества, а вторые - такжеи живые ткани. В этом случае возбудители заболевания подготавливают поле деятельности для сапрофитов, разрушая живые ткани полностью или частично. Биохимической потребностью в кислороде (ВПК) называют количество кислорода, которое необходимо микроорганизмам упомянутого вида для расщепления вредных органических веществ сточных вод как утилизационных,так и других предприятий. Понятно, что повышенная потребность микроорганизмов в кислороде указывает на загрязненность сточной воды. Путем измерения биохимической потребности в кислороде за пятидневный период (БПКб)можно определить или приблизительно оценить как степень загрязненности сточных водвредными органическими веществами, так и качество функционирования самой системы их очистки. Дан­ные, полученные таким путем, могут быть дополнены определением химической потребности веществ в кислороде, данными о количестве осаждаемых веществ, способности их к гниению. Целесообразно всегда определять значение рН, а при необходимости также количество и вид наиболее широко представленных бактерий (см. стр. 193 и далее).

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Введение…………………………………………………………...3

Литературный обзор. Классификация и свойства

сточных вод…………………………………………………..……5

Физическое состояние сточных вод……………………….....….8

Состав сточных вод……………………………………………...10 Бактериальные загрязнения сточных вод……………………....11

Водоём как приемник сточных вод……………………………..11

Методы очистки ПСВ……………………………………………12

Механическая очистка ПСВ……………………………………..13

Физико-химическая очистка ПСВ………………………………14

Химический анализ ПСВ………………………………………..16

Определение органических веществ

методом хроматографии……………………………….………..18

Определение органических соединений

методом масс-спектрометрии………………………….……….19

Химические тест-метды анализа……………………………….20

Практическая часть.

Метод газовой хроматографии……………………………..24

Метод масс-спектроскопии……………………………………..26

Выводы …………...……………………………………………...27

Список литературы……………………………………..28

Введение

Вода – ценнейший природный ресурс. Она играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания. Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой.

Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают. Ежегодный расход воды на земном шаре по всем видам водоснабжения составляет 3300-3500 км3. При это 70% всего водопотребления используется в сельском хозяйстве. Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому увеличению потребности в воде. Значительное количество воды расходуется для потребностей отрасли животноводства, а также на бытовые потребности населения. Большая часть воды после ее использования для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод.

Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Все более возрастающие потребности промышленности и сельского хозяйства в воде заставляют все страны, ученых мира искать разнообразные средства для решения этой проблемы.

На современном этапе определяются такие направления рационального использования водных ресурсов: более полное использование и расширенное воспроизводство ресурсов пресных вод; разработка новых технологических процессов, позволяющих предотвратить загрязнение водоемов и свести к минимуму потребление свежей воды.

Бурное развитие промышленности вызывает необходимость в пре­дотвращении отрицательного воздействия производственных сточных вод (ПСВ) на водоёмы. В связи с чрезвычайным разнообразием состава, свойств и расходов сточных вод промышленных предприятий необходимо применение специфи­ческих методов, а также сооружений по локальной, предварительной и пол­ной очистке этих вод. Одним из основных направлений научно-техниче­ского прогресса является создание малоотходных и безотходных технологи­ческих процессов.

Цель работы является знакомство с литературными данными по мето­дам очистки сточных вод.

Литературный обзор
1.1.Классификация и свойства сточных вод
В канализационную сеть поступают загрязненные сточные воды мине­рального, органического и бактериального происхождения.

К минеральным загрязнениям относятся: песок; глинистые частицы; частицы руды и шлака; растворенные в воде соли, кислоты, щёлочи и другие вещества.

Органические загрязнения бывают растительного и животного проис­хождения. К растительным относятся остатки растений, плодов, овощей и злаков, бумага, растительные масла, гуминовые вещества и другое. Основной химический элемент, входящий в состав этих загрязнений – углерод. К за­грязнениям животного происхождения относятся физиологические выделе­ния животных и людей, остатки мускульных и жировых тканей животных, органические кислоты и другое. Основной химический элемент этих загряз­нений – азот. В бытовых водах содержится примерно 60% загрязнений орга­нического происхождения и 40% минерального. В ПСВ эти соотношения мо­гут быть иными и изменяться в зависимости от рода обрабатываемого сырья и технологического процесса производства.

К бактериальным загрязнениям относятся живые микроорганизмы – дрожжевые и плесневые грибы и различные бактерии. В бытовых сточных водах содержатся такие болезнетворные бактерии (патогенные) – возбуди­тели заболеваний брюшного тифа, паратифа, дизентерии, сибирской язвы и др., а также яйца гельминтов (глистов), попадающих в сточные воды с выде­лениями людей и животных. Возбудители заболеваний содержатся и в неко­торых ПСВ. Например, в сточных водах коже­венных заводов, фабрик пер­вичной обработки шерсти и др.

В зависимости от происхождения, состава и качественных характеристик загрязнений (примесей) сточные воды подразделяются на 3 основных категории: бытовые (хозяйственно-фекальные), производственные (промышленные) и атмосферные.
К бытовым сточным водам относят воды, удаляемые из туалетных комнат, ванн, душевых, кухонь, бань, прачечных, столовых, больниц. Они загрязнены в основном физиологическими отбросами и хозяйственно-бытовыми отходами.
Производственными сточными водами являются воды, использованные в различных технологических процессах (например, для промывки сырья и готовой продукции, охлаждения тепловых агрегатов и т.п.), а также воды, откачиваемые на поверхность земли при добыче полезных ископаемых. Производственные сточные воды ряда отраслей промышленности загрязнены главным образом отходами производства, в которых могут находиться ядовитые вещества (например, синильная кислота, фенол, соединения мышьяка, анилин, соли меди, свинца, ртути и др.), а также вещества, содержащие радиоактивные элементы ; некоторые отходы представляют определенную ценность (как вторичное сырьё). В зависимости от количества примесей производственные сточные воды подразделяют на загрязнённые, подвергаемые перед выпуском в водоём (или перед повторным использованием) предварительной очистке, и условно чистые (слабо загрязнённые), выпускаемые в водоём (или вторично используемые в производстве) без обработки.
Атмосферные сточные воды – дождевые и талые (образующиеся в результате таяния льда и снега) воды. По качественным характеристикам загрязнений к этой категории относят также воды от поливки улиц и зелёных насаждений. Атмосферные сточные воды, содержащие преимущественно минеральные загрязнения, менее опасны в санитарном отношении, чем бытовые и производственные сточные воды.
Степень загрязнённости сточные воды оценивается концентрацией примесей, т. е. их массой в единице объёма (в мг/л или г/м.3).
Состав бытовых сточных вод более или менее однообразен; концентрация загрязнений в них зависит от количества расходуемой (на одного жителя) водопроводной воды, т. е. от нормы водопотребления. Загрязнения бытовых сточных вод обычно подразделяют на: нерастворимые, образующие крупные взвеси (в которых размеры частиц превышают 0,1 мм) либо суспензии, эмульсии и пены (в которых размеры частиц составляют от 0,1 мм до 0,1 мкм), коллоидные (с частицами размером от 0,1 мкм до 1 нм), растворимые (в виде молекулярно-дисперсных частиц размером менее 1 нм).
Различают загрязнения бытовых сточных вод: минеральные, органические и биологические. К минеральным загрязнениям относятся песок, частицы шлака, глинистые частицы, растворы минеральных солей, кислот, щелочей и многие др. вещества. Органические загрязнения бывают растительного и животного происхождения. К растительным относятся остатки растений, плодов, овощей, бумага, растительные масла и пр. Основной химический элемент растительных загрязнений – углерод.
Загрязнениями животного происхождения являются физиологические выделения людей и животных, остатки тканей животных, клеевые вещества и пр. Они характеризуются значительным содержанием азота. К биологическим загрязнениям относятся различные микроорганизмы, дрожжевые и плесневые грибки, мелкие водоросли, бактерии, в том числе болезнетворные (возбудители брюшного тифа, паратифа, дизентерии, сибирской язвы и др.). Этот вид загрязнений свойственен не только бытовым сточным водам, но и некоторым видам производственных сточных вод, образующимся, например, на мясокомбинатах, бойнях, кожевенных заводах, биофабриках и т.п. По своему химическому составу они являются органическими загрязнениями, но их выделяют в отдельную группу ввиду санитарной опасности, создаваемой ими при попадании в водоёмы.
В бытовых сточных водах минеральных веществ содержится около 42% (от общего количества загрязнений), органических – около 58%; осаждающиеся взвешенные вещества составляют 20%, суспензии – 20%, коллоиды – 10%, растворимые вещества – 50%.
Состав и степень загрязнённости производственных сточных вод весьма разнообразны и зависят главным образом от характера производства и условий использования воды в технологических процессах.
Количество атмосферных вод меняется в значительных пределах в зависимости от климатических условий, рельефа местности, характера застройки городов, вида покрытия дорог и др. Так, в городах Европейской части России дождевой сток в среднем один раз в году может достигать 100-150 л/сек с 1 га. Годовой сток дождевых вод с застроенных территорий в 7-15 раз меньше, чем бытовых.

1.2 Физическое состояние сточных вод
Физическое состояние сточных вод бывает трех видов:

Нерастворенный вид;

Коллоидный вид;

Растворенный вид.

Нерастворенные вещества находятся в сточных водах в виде грубой суспензии с размером частиц более 100мк и в виде тонкой суспензии (эмуль­сии) с размером частиц от 100 до 0,1мк. Исследования показывают, что в бы­товых сточных водах количество нерастворенных взвешенных веществ оста­ется более или менее постоянным и равно 65г/сутки на одного человека, пользующегося канализацией; из них 40г могут осаждаться при отстаивании.

Коллоидные вещества в воде имеют размеры частиц в пределах от 0,1 до 0,001мк. На состав коллоидной фазы бытовых сточных вод влияют её органи­ческие составляющие – белки, жиры и углеводы, а также продукты их физио­логической обработки. Большое влияние оказывает также и качество водо­проводной воды, содержащей то или иное количество карбонатов, сульфатов и железа.

В сточной воде кроме азота и углерода содержится также большое коли­чество серы, фосфора, калия, натрия, хлора и железа. Эти химические эле­менты входят в состав органических или минеральных веществ, находящихся в сточной воде в нерастворенном, коллоидном или растворенном состоянии. Количество этих веществ, вносимых с загрязнениями в сточные воды , может быть различно и зависит от характера образования.

Однако для бытовых сточных вод количество химических веществ, вно­симых с загрязнениями на одного человека остается более или менее посто­янным. Так, на одного человека в сутки приходится (г):

Таблица 1. Химические вещества, вносимые загрязнением на одного человека

Концентрация этих веществ в сточной воде (мг/л), меняется в зависимо­сти от степени разбавления загрязнений водой: чем выше норма водоотведе­ния тем ниже концентрация. Содержание в сточной воде железа и сульфатов зависит главным образом от присутствия их в водопроводной воде.

Количество указанных выше, а также других ингредиентов, поступаю­щих с загрязнениями в ПСВ, сильно колеблется и зависит не только от со­держания их в разбавляемой водопроводной воде и обрабатываемом про­дукте, но и от технологического процесса производства, режима поступления вод в производственную сеть и других причин. Следова­тельно, для данного вида производства можно установить лишь примерное количество загрязне­ний, содержащихся в сбрасываемых ПСВ. При проектировании производст­венной канализации необхо­димо иметь данные анализа ПСВ, и только в том случае, если такие данные получить нельзя, можно пользоваться данными по аналогичным производствам.

1. 
   Состав сточных вод

Состав и количество ПСВ различны. Даже предприятия одного типа, на­пример кожевенные заводы, в зависимости от характера технологического процесса могут сбрасывать сточные воды раз­личного состава и в различных количествах.

Некоторые ПСВ содержат загрязнения, не больше, чем бытовые, но дру­гие значительно больше. Так, вода от рудообо­готительных фабрик содержит до 25000мг/л взвешенных частиц, от шерсто­моек – до 20000мг/л.

ПСВ делятся на условно чистые и загряз­ненные. Условно чистые воды чаще те, которые использовались для охлаж­дения; они почти не меняется, а только нагреваются.

Загрязненные производственные воды делятся на группы, содержащие определенные загрязнения: а) преимущественно минеральные; б) преимуще­ственно органические, минеральные; в) органические, ядовитые вещества.

ПСВ в зависимости от концентрации за­грязнений могут быть высоко­концентрированными и слабоконцентрирован­ными. В зависимости от актив­ной реакции воды производственные воды по степени агрессивности делятся на малоагрессивные воды (слабокислые с рН = 6 – 6,6 и слабощёлочные с рН = 8 – 9) и сильноагрессивные (с рН 9).

1. 
   Бактериальные загрязнения сточных вод

Флора и фауна сточных вод представлены бактериями, вирусами, бакте­риофагами, гельминтами и грибами. В сточной жидкости находится огромное количество бактерий: в 1мл сточной воды их может быть до 1млрд.

Большая часть этих бактерий относится к разряду безвредных (сапро­фитные бактерии), размножающихся на мертвой органической среде, но имеются и такие, которые размножаются и живут на живой материи (пато­генные бактерии), разрушая в процессе своей жизнедеятельности живой ор­ганизм. Патогенные микроорганизмы, встречающиеся в городских сточных водах, представлены возбудителями брюшного тифа, паратифа, дизентерии, водной лихорадки, туляремии и др.

О загрязненности воды болезнетворными бактериями говорит присутст­вие в ней особого вида бактерий – группы кишечной палочки. Эти бактерии не болезнетворные, но их присутствие указывает, что в воде могут нахо­диться и болезнетворные бактерии. Чтобы оценить степень загрязненности воды патогенными бактериями, определяют коли – титр, т.е. наименьшее ко­личество воды в мл, в котором содержится одна кишечная палочка. Так, если титр кишечной палочки равен 100, то это значит, что в 10мл исследуемой воды содержится одна кишечная палочка. При титре, равном 0,1, количество бактерий в 1мл равно 10 и т.д. Для сточных городских вод титр кишечной па­лочки обычно не превышает 0,000001. Иногда определяют коли – индекс, или число кишечных палочек в 1л воды.

1. 
   Водоём как приемник сточных вод

Приемниками сточных вод в большинстве служат водоёмы. Сточные воды перед спуском в водоём необходимо частично или полностью очистить. Однако в водоёме находится определенный запас кислорода, который может быть частично использован для окисления органического вещества, посту­пающего в него совместно со сточной водой; водоём обладает некоторой очищающей способностью, т.е. в нем с помощью микроорганизмов – ми­нерализаторов могут окисляться органические вещества, но содержание рас­творенного кислорода в воде будет падать. Зная об этом, можно снизить сте­пень очистки сточных вод на очистных сооружениях перед сбросом их в во­доём.

Не следует преувеличивать возможности водоёмов, в частности рек, в отношении приема больших масс сточных вод даже в том случае, если кисло­родный баланс позволяет осуществить такой сброс без окончательной очи­стки. Любой, даже небольшой , водоём используется для массового купания и имеет архитектурно – декоративное и санитарное значение.

1. 
   Методы очистки ПСВ

ПСВ обычно делятся на 3 основные группы:

1. 
   Чистые воды, используемые обычно для охлаждения;
2. 
   Малозагрязненные, или условно чистые, воды, образующиеся от про­мывки готовой продукции;
3. 
   Грязные воды.

Чистые и малозагрязненные воды можно направлять в систему оборот­ного водоснабжения или использовать для разбавления загрязненных вод для снижения концентрации загрязнения. Часто применяют раздельное отведение ПСВ и раздельную очистку этих вод теми или иными методами перед спус­ком в водоём. Это оправдывается экономически.

Для очистки ПСВ применяют следующие ме­тоды:

1. 
   Механическая очистка.
2. 
   Физико-химическая очистка.
3. 
   Химическая очистка.
4. 
   Биологическая очистка.

Когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.
1.6.1. Механическая очистка ПСВ
Механическая очистка ПСВ предназначается для выделения из них не­растворенных и частично коллоидных примесей. К методам механической очистки относятся: а) процеживание; б) отстаивание; в) фильтрование; г) уда­ление нерастворенных примесей в гидроциклонах и на центрифугах.

Процеживание применяют для выделения из сточной жидкости крупных плавающих веществ и более мелких, главным образом волокнистых загрязне­ний. Для выделения крупных веществ применяют решетки, а более мелких – сита. Решетки для предварительной очистки обязательно устраивать для всех очистных станций. Сита применяют как самостоятельные устройства, после прохождения которых ПСВ могут быть сбро­шены либо в водоём, либо в городскую канализационную сеть.

Отстаиванием выделяют из ПСВ нераство­ренные и частично коллоид­ные загрязнения минерального и органического происхождения. Отстаива­нием удается выделить из сточной воды как час­тицы с удельным весом, большим, чем удельный вес воды (тонущие), так и с меньшим удельным ве­сом (плавающие). Отстойники для очистки ПСВ могут представлять собой самостоятельные сооруже­ния, процесс очистки на которых заканчивается, или же сооружения, предна­значенные только для предварительной очистки. Для выделения тонущих не­растворимых примесей применяют как горизон­тальные, так и радиальные от­стойники по своей конструкции они мало отли­чаются от отстойников, приме­няемых для осветления бытовых сточных вод.

Фильтрование служит для задерживания взвеси, не осевшей при отстаи­вании. Применяют песчаные фильтры, диатомитовые фильтры и сетчатые фильтры с фильтрующим слоем.

Песчаные фильтры применяют при невысоком содержании взвешен­ных веществ. Хорошо зарекомендовали себя двухслойные фильтры. Нижний слой загрузки – песчаный крупностью зерен 1 – 2 мм, а верхний слой – антра­цитовая крошка. Сточная вода подается сверху, затем подают промывную воду и отводят грязную.

Диатомитовые фильтры. В этих фильтрах сточная жидкость фильтру­ется через тонкий слой диатомита, наносимый на пористые поверхности. В качестве пористых материалов применяют керамику, металлическую сетку и ткань. Применяют также искусственные порошкообразные составы из диато­мита с высокой адсорбционной способностью. Такие фильтры обеспечивают высокий эффект очистки.

Гидроциклоны применяют для осветления сточных вод и сгущения осадка. Они бывают открытые и напорные. Открытые гидроциклоны приме­няются для выделения из сточных вод структурных оседающих и грубодис­персных всплывающих примесей. Напорные гидроциклоны служат для выде­ления из сточных вод только оседающих агрегатоустойчивых грубодисперс­ных структурных примесей. Открытые гидроциклоны бывают без внутренних устройств, с диафрагмой и цилиндрической перегородкой и многоярусные. Последние применяют для выделения тяжелых неслеживающихся грубодис­персных примесей и нефтепродуктов.
1.6.2. Физико-химическая очистка ПСВ

К физико-химическим методам очистки относятся: а) экстракция; б) сорбция; в) кристаллизация; г) флотация.

А) Экстракция. Сущность экстракционного метода очистки производ­ственных сточных вод состоит в следующем. При смешивании взаимонерас­творенных жидкостей загрязняющие вещества, содержащиеся в них, распре­деляются в этих жидкостях соответственно своей растворимости.

Если в сточной воде содержится фенол, то для его выделения воду можно смешать с бензолом (растворителем), в котором фенол растворяется в значительно большей степени. Таким образом, последовательно действуя бензолом на воду, можно добиться почти полного удаления фенола из воды.

В качестве растворителей обычно применяют различные органические вещества: бензол, четыреххлористый углерод и т.д.

Экстракцию проводят в металлических резервуарах-экстракторах, имеющих форму колонн с насадками. Снизу подается растворитель, удель­ный вес которого меньше удельного веса воды, вследствие чего растворитель поднимается вверх. Загрязненная сточная вода подводится сверху. Слои воды, встречая на своем пути растворитель, постепенно отдают загрязняющие воду вещества. Очищенная от загрязнений вода отводится снизу. Таким приемом, в частности, можно очищать ПСВ, со­держащие фенол.

Б) Сорбция. Этот процесс заключается в том, что загрязнения из сточ­ной жидкости поглощаются телом твердого вещества (адсорбция), осажда­ются на его активно развитой поверхности (адсорбция) или вступают в химическое взаимодействие с ним (хемосорбция). Для очистки ПСВ чаще всего пользуются адсорбцией. В этом случае к очищаемой сточной жидкости до­бавляют сорбент (твердое тело) в размельченном виде и перемешивают со сточной водой. Затем сорбент, насыщенный загрязнениями, отделяют от воды отстаиванием или фильтрованием. Чаще очищаемую сточ­ную воду пропус­кают непрерывно через фильтр, загруженный сорбентом. В качестве сорбен­тов применяют: активированный уголь, коксовую мелочь, торф, каолин, опилки, золу и т. д. Лучшее, но наиболее дорогое вещество – активированный уголь.

Метод сорбции можно использовать, например, для очистки ПСВ от га­зогенераторных станций, содержащих фенол, а также ПСВ, содержащих мышьяк, сероводород и т.д.

в) Кристаллизация. Этот метод очистки можно использовать только при значительной концентрации загрязнений в ПСВ и способности их обра­зовывать кристаллы. Обычно предварительный процесс – выпаривание сточ­ной воды, чтобы создать повышенную концен­трацию загрязнений, при кото­рой возможна их кристаллизация. Для ускоре­ния процесса кристаллизации загрязнений сточная вода охлаждается и пере­мешивается. Выпаривание и кристаллизация сточной воды осуществляются обычно в естественных пру­дах и водоёмах. Этот способ очистки ПСВ неэкономичен, поэтому широкого применения не полу­чил.

Г) Флотация. Процесс основан на всплывании дисперсных частиц вме­сте с пузырьками воздуха. Его успешно применяют в ряде отраслей техники и для очистки ПСВ. Процесс флотации состоит в том, что молекулы нераство­римых частиц прилипают к пузырькам воздуха и всплывают вместе на по­верхность. Успех флотации в значительной степени зависит от величины по­верхности пузырьков воздуха и от площади контакта их с твердыми части­цами. Для повышения эффекта флотации в воду вводят реагенты.
1.6.3 Химический анализ ПСВ
Состав сточных вод, даже качественный, часто трудно предвидеть. В первую очередь это относится к сточным водам после химической и биохимической очистки, так как в результате образуются новые химические соединения. Поэтому, как правило, следует предварительно проверить пригодность даже достаточно хорошо проверенных методик определения отдельных компонентов и схем анализа.

Основные требования к методам анализа сточных вод – высокая селективность , в противном случае могут возникнуть систематические ошибки, совершенно искажающие результат исследования. Меньшее значение имеет чувствительность анализа, поскольку можно брать большие объемы анализируемой воды или прибегнуть к подходящему способу концентрирования определяемого компонента.

Для концентрирования определяемых компонентов в сточных водах применяют экстракцию, выпаривание, отгонку, сорбцию, соосаждение, вымораживание воды.

Таблица 2. Схемы разделения компонентов сточных вод с высоким содержанием летучих органических веществ.

Вариант 1	Пробу подкисляют Н 2 SO 4 до слабокислой реакции, отгоняют с водяным паром до получения небольшого остатка
	Дистилат 1: летучие кислоты и нейтральные вещества Подщелачивают и вновь отгоняют с водяным паром до получения небольшого остатка	Остаток 1: нелетучие кислоты, сульфаты аминов, фенолы и нейтральные вещества
		Остаток 2: натриевые соли летучих кислот, фенолы
Вариант 2	Пробу подщелачивают и отгоняют с водяным паром до получения небольшого остатка
	Дистилат 1: летучие основания и нейтральные вещества	Остаток 1: соли летучих и нелетучих кислот
	Подкисляют и отгоняют с водяным паром до получения небольшого остатка
	Дистилат 2: летучие нейтральные соединения	Остаток 2: соли летучих оснований. Подмешивают и экстрагируют эфиром

Таблица 3. Схема разделения компонентов сточных вод с низким содержанием летучих органических веществ

К пробе (25-100 мл) сточной воды прибавляют до насыщения NaCl и HCl до концентрации ≈ 5%
Экстрагируют диэтиловым эфиром
Экстракт 1: нейтральные соединения, кислоты. Трижды обрабатывают 5 %-ным раствором NaOH			Водная фаза1: прибавляют NaOH до рН ≥ 10, экстрагируют несколько раз эфиром, объединяют экстракты
Водная фаза 2: слабые кислоты (в основном фенолы). Насыщают CO 2 до появления осадка NaHCO 3 , обрабатывают несколькими порциями эфира, экстракты объединяют	Эфирный слой: нейтральные вещества. Сушат безв. Na 2 SO 4 , отгоняют эфир, сухой остаток взвешивают, растворяют в эфире, переносят на колонку с силикагелем. Последовательно элюируют алифатическим соединением изооктаном, ароматическим бензолом. Из каждого элюата выпаривают растворитель, остаток взвешивают.		Водная фаза 3: амфотерные нелетучие соединения, растворимые в воде лучше: чем в эфире. Нейтрализуют СН 3 СООН, экстрагируют несколькими порциями эфира, объединяют экстракты	Эфирный слой: основные соединения. Высушивают Na 2 SO 4 , отгоняют эфир, сухой остаток взвешивают
Эфирный слой сушат безв. Na 2 SO 4 , отгоняют эфир, сухой остаток взвешивают	Водная фаза. Удаляют эфир, подкисляют, обрабатывают несколькими порциями эфира		Объединенные экстракты: амфотерные вещества. Сушат Na 2 SO 4 , отгоняют эфир, сухой остаток взвешивают	Водная фаза. Подкисляют до рН 3-4, выпаривают досуха. Остаток пригоден для определения углерода
	Эфирный слой сушат Na 2 SO 4 , отгоняют эфир. Остаток взвешивают.	Водная фаза отбрасывается

1.6.3.1 Определение органических веществ методом хроматографии
Из стоков в поверхностные воды попадает бензин, керосин, топливные и смазочные масла, бензол, толуол, жирные кислоты, фенолы, пестициды, синтетические моющие препараты, металлорганические и другие органические соединения. Органические вещества в пробах сточных вод, отобранных для анализа, легко изменяются в результате химических и биохимических процессов, поэтому отобранные пробы нужно проанализировать как можно быстрее. В табл. 2, 3 приведены схемы разделения органических веществ, присутствующих в сточных водах.

Для идентификации и количественного определения широко применяются различные хроматографические методы – газовую, колоночную, жидкую хроматографию, хроматографию на бумаге, тонкослойную. Для количественного определения наиболее подходящим методом является газовая хроматография.

В качестве примера рассмотрим определение фенолов. Эти соединения образуются или применяются в процессе переработки нефти, производства бумаги, красителей, лекарственных препаратов, фотоматериалов и синтетических смол. Физические и химические свойства фенолов позволяют сравнительно легко их определять методом газовой хроматографии.
1.6.3.2 Определение органических соединений методом масс-спектрометрии
При анализе сточных вод особенно важны возможности масс-спектрометрии в части идентификации соединений неизвестной структуры и анализа сложных смесей, определения микрокомпонентов на фоне сопутствующих веществ, концентрация которых на порядки превышает концентрации определяемых компонентов. Здесь подходят ГЖХ с МС, тандемная МС, сочетание ВЭЖХ и МС для анализа нелетучих веществ, а также методы «мягкой ионизации», и селективная ионизация.

Остаточные количества октилфенолполиэтоксилатов в сточных водах, продукты их биодеградации и хлорирования, образующиеся в процессе биологической обработки и дезинфекции сточных вод, могут быть определены методом ГЖХ – МС с ЭУ или химической ионизации.

Необходимость анализа соединений разной летучести нашла свое отражение в схеме анализа следовых количеств органических соединений, содержащихся в сточных водах после их обработки на очистной станции. Здесь для количественных определений применяли ГЖХ, а качественный анализ осуществляли с помощью ГХ – МС. Высоколетучие соединения – галогенуглеводороды С 1 – С 2 экстрагировали пентаном из 50 мл пробы воды; 5 мкл экстракта вводили в колонку 2мх 4 мм с 10% сквалана на Хромосорбе W – AW при температуре 67 °С; газ-носитель – смесь аргона и метана; детектор электронозахватный с 63 Ni. Если нужно было определять метиленхлорид, то элюирующийся вместе с ним пентан заменяли октаном, который элюируется позже. В качестве внутреннего стандарта использовали 1,2-дибромэтан. Группу ароматических углеводородов определяли с помощью парофазного анализа в замкнутой петле.

Сочетание разных методов ионизации позволяет более надежно идентифицировать различные компоненты загрязнения сточных вод. Для общей характеристики органических веществ, присутствующих в сточных водах и осадках сточных вод, применяется сочетание ГХ и МС с ионизацией ЭУ и ХИ. Органические соединения экстрагируемые из сточных вод гексаном, хромотографировали на силикагеле, элюируя гексаном, метиленхлоридом и эфиром. Полученные фракции анализировали на системе , состоящей из газового хроматографа с капиллярной трубкой длинной 25 м, присоединенного к источнику ионов масс-спектрометра с двойной фокусировкой. Температуру колонки программировали от 40 до 250 °С со скоростью 8 °С/мин. По газохроматографическим временам удерживания и масс-спектрам ЭУ и ХИ идентифицировано 66 соединений. Среди этих соединений были галогенированые метоксибензолы, дихлорбензол, гексахлорбензол, метилированный триклозан, оксадиазон и др. Этот метод позволил дать и полуколичественную оценку концентраций этих соединений.
1.6.3.3 Химические тест-метды анализа
Фирмой HNU Systems Inc. Выпускают тест-наборы для определения сырой нефти, горючего топлива, отработанного масла в почве и воде. Метод основан на алкилировании по Фриделю – Крафтсу ароматических углеводородов, находящихся в нефтепродуктах, алкилгалогенидами с образованием окрашенных продуктов:

В качестве катализатора используют безводный хлорид алюминия. При анализе воды экстракцию проводят из 500 мл пробы. В зависимости от определяемого компонента появляются следующие окраски экстракта:

• 
  Бензол – от желтого до оранжевого;
• 
  Толуол, этилбензол, ксилол – от желто-оранжевого до ярко-оранжевого;
• 
  Бензин – от бежевого до красно-коричневого;
• 
  Дизельное топливо – от бежевого до зеленого.

Цветные шкалы составлены для воды в диапазонах 0,1 – 1 – 5 – 10 – 20 – 50 – 100 мг/л.

В тест-анализе фенол и его производные преимущественно определяют по образованию азокрасителя. Наиболее распространенным является следующий способ: первая стадия – диазотирование первичного ароматического амина нитритом натрия в кислой среде, приводящее к образованию соли диазония:
ArNH 2 + NaNO 2 + 2HCl → + Cl ¯ + NaCl + 2H 2 O,
Вторая стадия – сочетание соли диазония с фенолами в щелочной среде, приводящее к образованию азосоединения:
+ Cl ¯ + Ph–OH → ArN=N–Ph–OH + HCl
Если пара положение закрыто, то образуется о -азосоединение:

Азосочетание с оксисоединениями, наиболее активными в форме фенолят-анионов, проводят почти всегда при рН 8 – 11. Соли диазония

В водном растворе неустойчивы и постепенно разлагаются на фенолы и азот, поэтому основная сложность создания тест-методов для определения фенолов и аминов как раз и заключается в получении стабильных диазосоединений.

В качестве стабильного при хранении реагента для определения фенола предложена комплексная соль тетрафторбората 4-нитрофенилдиазония (НДФ):
O 2 N–Ph–NH 2 + BF 4 → BF 4
Для определения фенола к 1мл анализируемой жидкости добавляют 1 квадратик фильтровальной бумаги, пропитанной НДФ, и 1 квадратик бумаги пропитанной смесью карбоната натрия и хлорида цетилпиридиния (ЦП).

В присутствии ЦП происходит углубление окраски, связанное с образованием ионного ассоциата по диссоциированной оксигруппе:
O 2 N–Ph–N≡N + + Ph–OH → O 2 N–Ph–N=N–Ph–OH

O 2 N–Ph–N=N–Ph–O ¯ ЦП +
Определению фенола не мешают 50-кратные количества анилина. Не мешают определению 2,4,6-замещенные фенола, 2,4-замещенные 1-нафтола и 1-замещенные 2-нафтола. Диапазоны определяемых содержаний для фенола: 0,05 – 0,1 – 0,3 – 0,5 – 1 – 3 – 5 мг/л. Разработанные тесты были применены для определения фенола в сточных водах.

Наиболее в тест-методах используют в качестве реагента 4-аминоантипирин. Фенол и его гомологи с 4-аминоантипирином образуют окрашенные соединения в присутствии гексацианофератта (III) при рН 10:

Практически не реагируют с 4-аминоантипирином n-крезол и те паразамещенные фенолы, в которых замещающими группами являются алкил-, бензоил-, нитро-, нитрозо- и альдегидные группы. Диапазон определяемых содержаний для систем NANOCOLOR ® Phenol, Hach Co., CHEMetrics составляет 0,1 – 5,0 мг/л фенола.

2. Практическая часть
2.1 Теоретические основы методов контроля качества очистки ПСВ
Для контроля качества очистки ПСВ необхо­димо создание специальных лабораторий, например, лаборатория промыш­ленной санитарии.

Так как состав ПСВ довольно разнообразен, необходимо постоянное наблюдение за качеством очистки этих вод.

Рассмотрим некоторые методики определения органических соединений в природных сточных водах.
2.1.1 Метод газовой хроматографии
Анализируем фенол и его производные.

Анализируемую сточную воду разбавляют равным объемом 1 М раствора гидроксида натрия, экстрагируют смесью 1: 1 диэтилового и петролейного эфиров для отделения всех других органических веществ, содержащихся в сточной воде, от натриевых солей фенолов, оставшихся в водной фазе. Водную фазу отделяют, подкисляют и вводят в газовый хроматограф. Чаще, однако, фенолы экстрагируют бензолом и хроматографируют полученный бензольный экстракт. Хроматографировать можно как фенолы так и их метиловые эфиры. На рисунке приведена газовая хроматограмма бензольного экстракта смеси фенолов, полученная на стеклянной колонке длинной 180 см с наружным диаметром 6 мм, заполненной жидкой углеводной фазой типа апиезона L. Хроматографирование проводили при температуре колонки 170 °С, температура детектора 290 °С, скорости газа-носителя 70 мл/мин. Использовали пламенно ионизационный детектор. В указанных условиях разделение пиков на хроматограмме достаточно четко, и можно провести количественное определение о - и п -хлорфенолов, фенола и м -крезола.

Для определения малого количества органических соединений необходимо предварительное концентрирование их сорбцией на активном угле. В зависимости от содержания органических соединений может понадобиться от 10 – 20 г, до 1,5 кг угля. После пропускания анализируемой воды через специально очищенные вещества необходимо десорбировать. Для этого уголь высушивают на медном или стеклянном подносе в атмосфере чистого воздуха, помещают высушенный уголь в бумажный патрон, закрытый стеклянной ватой , и десорбируют подходящим растворителем в аппарате типа Сокслета в течении 36 или более часов.

Ни один чистый растворитель не способен извлечь все сорбированные органические вещества, поэтому приходится прибегать к последовательной обработке несколькими растворителями или использовать смеси растворителей. Наиболее удовлетворительное извлечение сорбированных органических веществ достигается при применении смеси 47 % 1,2- дихлопропанола и 53 % метанола.

После извлечения растворитель отгоняют, остаток растворяют в хлороформе. Если остался нерастворимый остаток, его растворяют в уксусной кислоте, выпаривают и сухой остаток взвешивают. Хлороформный раствор растворяют в эфире и далее проводят анализ приведенный в табл. 3.
Рис. 4. Газовая хроматограмма бензольного экстракта смеси фенолов из образца сточной воды: 1 – о-хлорфенол; 2 – фенол; 3 – м-крезол; 4 – п-хлорфенол.
2.1.2 Метод масс-спектроскопии

Пробу помещали в экстрактор, добавляли внутренний стандарт, закрывали фильтром из активированного угля и продували через фильтр паровую фазу в течении 30 с для удаления примесей из воздуха. После этого ставили чистый фильтр и устанавливали расход 1,5 л/мин. Через 2 ч фильтр снимали и экстрагировали тремя порциями CS 2 по 7мкл и анализировали с помощью капиллярной ГЖХ с детектором ионизации в пламени. Хлорированные углеводороды, пестициды, полихлордифенилы, полицеклические ароматические углеводороды экстрагировали гексаном 2 × 15 мл в 1 л пробы воды. Фазы разделяли после отстаивания не менее 6 ч. экстракты сушили, концентрировали до 1 мл в токе азота и очищали на колонке с флорисиом. Хлорированные углеводороды, пестициды и дифенилы элюировали 70 мл смеси гексана и эфира (85:15) и концентрировали до 1 мл. Концентрат анализировали на стеклянной капиллярной колонке длинной 50 м с SE-54 с электронозахватным детектором, идентификацию неизвестных соединений осуществляли с помощью ГХ – МС.

Хлорированные парафиновые углеводороды в грязевых стоках, осадках и других объектах окружающей среды определяли путем обработки проб серной кислотой и разделением с помощью адсорбционной хроматографии на Al 2 O 3 на фракции с минимальным загрязнением другими соединениями. Эти фракции в растворе гексана вводили в хроматографическую колонку 13 м × 0,30 мм с SE-54 . Начальная температура колонки была 60 °С, через 1 мин температуру начали повышать со скоростью 10 °С/мин до 290 °С. Регистрировали полные масс-спектры в интервале масс от 100 до 600 а. е. м. через каждые 2с. Предел обнаружения был равен 5 нг, что соответствовало относительной концентрации 10 -9 .
Выводы
Развитие природоохранных сооружений не может проводиться без соответствующего экологического обоснования. Основой такого обоснования является оценка воздействия очищенных сточных вод на водоприемники. Необходимость проведения работ по оценке состояния водоёмов и водотоков была сформулирована еще в конце позапрошлого века.

Систематические анализы качества очищенной и речной воды были начаты в 1903 г. лабораторией профессора В. Р. Вильямса в с/х Академии.

В химической промышленности намечено более широкое внедрение малоотходных и безотходных технологических процессов, дающих наибольший экологический эффект. Большое внимание уделяется повышению эффективности очистки производственных сточных вод.

Значительно уменьшить загрязненность воды, сбрасываемой предприятием, можно путем выделения из сточных вод ценных примесей, сложность решения этих задач на предприятиях химической промышленности состоит в многообразии технологических процессов и получаемых продуктов. Следует отметить также, что основное количество воды в отрасли расходуется на охлаждение. Переход от водяного охлаждения к воздушному позволит сократить на 70-90 % расходы воды в разных отраслях промышленности.

Список литературы

1. 
   СНиП 2.04.02 – 84. Водоснабжение. Наружные сети сооружения – М.: Стройиздат, 1985 г.

2. Лурье Ю. Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод.

М.: Химия, 1984 г.

3. Новиков Ю. В., Ласточкина К. О., Болдина З. Н. Методы

исследования качества воды водоёмов. Издание 2-е,

переработанное и дополненное. М., «Медицина», 1990 г., 400 с. с

иллюстрациями.

4. Яковлев С. В., Ласков Ю. М. Канализация. Издание 5-е,

переработанное и дополненное. Учебник для техникумов. М.,

Стройиздат, 1972 г., 280 с. с иллюстрациями.

5. Золотов Ю. А., Иванов В. М., Амелин В. Г. Химические тест-

методы анализа. – М.: Едиториал УРСС, 2002. – 304 с.

6. Масс-спектрометрия загрязнений окружающей среды /

Р. А. Хмельницкий, Е. С. Бродинский. – М.: Химия, 1990. – 184 с.

7. Моросанова С. А., Прохорова Г. В., Семеновская Е. Н.

Методы анализа природных и промышленных объектов:

Учеб. пособие. – М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1988. 95 с.

Да, именно так: вода есть органическое вещество и в этом смысле - основа всего живого на Земле. Говоря более афористично, вода - это и есть жизнь, притом не переносном, а в буквальном смысле слова.

Начну с простого утверждения: наука говорит нам, что весь органический мир включая как растения, так и животных, на 80-90% состоят из воды, и все процессы них происходят опять же при непосредственном участии той же воды. Один лишь это факт как бы подсказывает нам, что и сама вода должна быть органическим веществом В этой связи сразу же особо выделю тот чрезвычайно важный и одновременн столь же простой и признаваемый всеми без исключения факт, что рождение все организмов нашей планеты неразрывно связано с водой. Я бы даже сказал так: жизн — это особым образом преобразованная и организованная вода.

В самом деле, не нужно быть семи пядей во лбу, чтобы видеть, что для любог живого организма вода является не только непременным, но и главным составны компонентом. Количество ее в живых организмах, за исключением разве что спо колеблется от 70 до 99,7 % по весу. Только из одного этого факта, не говоря о други еще более значимых, очевидно, что вода играет не просто большую рол жизнедеятельности организмов, как это признают все без исключения, а рол решающую, определяющую, основополагающую. Но чтобы играть такую роль, вод сама должна быть органическим веществом.

Странная, однако, получается штука: в принципе, никто не оспаривае первейшую роль воды в жизни всех без исключения живых существ, и, тем не менее вопиющем противоречии к такой ее роли стоит тоже признаваемый всеми химически состав воды, выраженный формулой H2O. Но тем самым, вольно или невольн признается совершенно абсурдный факт, а именно, что вода — эта безусловная основ всей органической жизни, — сама есть вещество неорганическое, иными словами - мертвая субстанция

Отсюда с самого же начала напрашивается жесткая альтернатива: либ ошибочно представление о воде как основе всего живого, либо ошибочн существующие ныне представления о химическом составе воды. Первое «либо» м сразу же отбрасываем как не имеющее под собой никакой почвы. Остается второ «либо», а именно, что формула воды H2O ошибочна. Никакого третьего вариант данном случае не дано, да и его не может быть в принципе. И здесь уже априорно, т.е до всякого опыта, есть все основания утверждать, что вода сама является веществ органическим. Именно это (и только это!) качество способно делать ее основой всег живого. И какие бы доводы против этого ни выдвигала нынешняя сытая расслабленная наука, доводы эти тоже априорно, то есть заведомо, являютс ошибочными. Только так может стоять вопрос Прежде чем перейти к этому главному вопросу, хотел бы обратить внимани еще на один примечательный во всех отношениях факт, который, как мы увиди дальше, имеет прямое отношение к воде. Факт этот таков: в химическом отношени основу любого живого вещества, без всякого притом исключения, составляю углеводородные соединения. Известно, что живой организм состоит из сочетани достаточно ограниченного числа химических элементов. Так, скажем, 96% масс человеческого тела составляют такие распространенные элементы, как углерод (С) водород (Н), азот (N) и кислород (О) Итак, для начала запомним: помимо воды, другой основой всех органически соединений на Земле являются углеводы. Они представляют собой просты соединения, состоящие, повторяю, из углерода (С), водорода (Н) и кислорода (О) разных отношениях, и обычно выражаются общей формулой СnН2nОn. На этот момен я обращаю специальное внимание. Сопоставляя два эти момента, можно уже априорно то есть до всякого опыта, притом со стопроцентной долей уверенности утверждат что и вода, как основа жизни, также должна представлять собой углеводородно соединение. И в своей книге «Извечные загадки науки (глазами дилетанта)» , опираяс на имеющиеся в науке данные, я последовательно доказываю, что вода и в самом дел имеет формулу не H2O, а CH2O, или, другими словами, является углеводородны соединением, а тем самым веществом органическим. Только в этом качестве, и ни каком другом, она может служить основой всего живого на Земле.

Теперь что касается белков. Они также представляют собой исключительн сложные органические соединения, состоящие всѐ из тех же знакомых нам элементов именно: углерода, кислорода и водорода. Другими словами, можно с полны основанием утверждать, что всѐ живое состоит из различных сочетаний тех ж элементов, из каких состоит сама вода, если, разумеется, исходить из ее формул CH2O. Этот факт ставит всѐ на свои места без всяких натяжек и массы дополнительны искусственных построений и подпорок, служащих лишь тому, чтобы как-то связат несвязуемое. Итак, дело за малым: доказать, что вода действительно представляе собой органическое вещество. К этому и приступим.

Не нужно доказывать, что вода есть не только главный, но и единственны абсолютно необходимый субстрат всего живого. Однако всѐ дело опять же в том, чт для того, чтобы вода могла играть такую роль, она сама должна быть органически веществом. Тут-то и лежит вся загвоздка, поскольку современная наука, а вслед за не и все люди, слепо верящие в ее выводы, продолжают считать, что вода являетс веществом неорганическим всѐ с той же, хорошо знакомой каждому школяр формулой H2O Вот об эту формулу и бьется лбом вся мировая наука уже более двухсот ле того времени, как французский химик Лавуазье поведал миру, что вода состоит из дву элементов — водорода и кислорода, из чего естественно следовало, что та ест вещество неорганическое. С той поры не только весь ненаучный, но, что само удивительное, и весь научный мир безоговорочно поверил в это (и, более того, верит п сию пору), о чем, в частности, свидетельствует огромное количество разноречивы самых фантастических гипотез и теорий относительно происхождения жизни. Что опрокинуть эту «блаженную» веру, здесь требуется прорыв, подобный тому, которы совершил в свое время Коперник, выдвинув свою гелиоцентрическую систему взаме птолемеевой геоцентрической гипотезы В самом деле, подумайте сами: не только удивительным, но и прямо-так обескураживающим фактом является то, что никому в голову не приходит простейшая мысль, а именно: если вода составляет до 90% массы всех живых организмов, если без воды всѐ живое чахнет и гибнет, то не следует ли из этого с полной очевидностью, что вода и есть основа жизни, притом не в каком-то фигуральном, символическом смысле, а в смысле самом что ни есть прямом. Другими словами, в качестве главной посылки необходимо признать, что сама вода есть органическое вещество и, как таковое, она является не просто главной, а единственной основой всего живого на Земле. Нет воды ― нет (и не может быть!) никакой жизни.

Итак, повторю еще раз: вода по своей природе есть органическое вещество и ее формула не H2O, а CH2O, и в этом качестве она и в самом деле (а не фигурально) есть основа всего живого на Земле. Скажу больше: химическое вещество, получившее в химии название азот (N), есть на самом деле тоже органическое вещество (точнее, всѐ та же углеводородная группа CH2, что и будет показано ниже)*. Два этих вывода дают основание совершенно по-новому взглянуть на происхождение жизни. Жизнь возникла не в какие-то стародавние времена при каких-то исключительных условиях, как это по сию пору считает ученый мир. Нет, она возникает непрерывно и буквально на наших глазах, потому что сохраняется ее основа — вода. Повторю еще раз: во всех живых системах 98% массы приходится на следующие четыре элемента: водород, углерод, кислород, азот. Из этих же элементов главным образом состоят и белки, нуклеиновые кислоты, короче, — всѐ живое. Вот этот момент и следует взять за отправную точку. Формула белка в своем общем виде выглядит так: CnH2nOn, или в самом простом варианте — CH2O. И здесь прошу внимания! Как уверяют нас ученые, белки и нуклеиновые кислоты составляют до 98% вещества каждого живого организма. Но в то же время те же ученые утверждают, что и вода составляет до 90% того же живого организма. Выходит, что белки и вода суммарно составляют около 200% вещества живых организмов. Но этого не может быть: невозможно, чтобы один и тот же организм состоял из ста процентов одного вещества и ста процентов другого вещества. Выход из этого затруднительного, если не сказать, щекотливого положения только один, а именно: признать, что сама вода есть органическое вещество и в этом качестве она же — основа белковых тел. В этом случае всѐ становится на свои места. Здесь возникает принципиально важный вопрос: существует ли на Земле в свободном состоянии и в объемах, отвечающих общей массе живых тел, такое вещество, которое само состоит из сочетания водорода, углерода, кислорода и азота? Ответив на него, мы ответим не только на вопрос о происхождении жизни, но и на вопрос, что является еѐ основой, постоянным еѐ фундаментом, позволяющим ей не только существовать, но и постоянно воспроизводить себя. Так вот: этим веществом является вода и ее формула - не H2O, а CH2O. Отсюда естественным образом следует, что именно вода (и ничто другое!) есть то вещество, которое содержит в себе все означенные выше компоненты жизни: водород, кислород, углерод и азот (о том, что на самом деле представляет азот, будет сказано ниже). В этом смысле вода не просто принадлежит к группе углеводов — она составляет еѐ основу, еѐ главную массу, и в этом качестве представляет единственный, притом фактически неисчерпаемый источник всего живого на Земле. Тем самым устраняется вопиющее противоречие между содержанием в живых организмах воды и белков, о котором говорилось выше, потому что в предлагаемой здесь формуле сама вода составляет естественную основу как белков, так и нуклеиновых кислот.

Однако вся интрига здесь в том, что на пути такого признания мощной и до сих пор непреодолимой преградой встала формула воды Лавуазье — H2O. Сохраняющаяся до сей поры вера в еѐ истинность породила, в свою очередь, массу разнообразных, порой самых фантастических теорий и гипотез относительно происхождения жизни, которыми переполнена история наук.

• Унылая пора, очей очарованье… Осень как мне прекрасная твоя прощальная краса
• На земле существует четыре разных вида человека Появление человека современного типа: время и место возникновения человека
• Стихотворение А.А. Ахматовой «Не с теми я, кто бросил землю…» (восприятие, толкование, оценка). Анна Андреевна Ахматова. «Не с теми я, кто бросил землю… Не с теми я кто бросил землю на растерзание врагам
• Конъюнктивные формы представления логических функций
• Полупроводниковые резисторы
• Масса квазара. Квазар - это что такое? Тяготение создает линзы
• История журналистики Xxvi съезд кпсс состоялся в
• Правильное летоисчисление на Руси
• Научные труды Джеймс Максвелл
• Олег митяев Олег митяев биография кратко о главном

• Жить без еды высшая ступень развития
• Коллективизация в ссср: причины, сущность, ход и последствия Сущность и итоги коллективизации
• Процесс социализации человека, его периоды, стадии
• Эпигенетика: что управляет нашим генетическим кодом?
• Что такое митоз и какой в профазе митоза происходит процесс?
• Химия всё что нужно знать для ОГЭ
• Форма японской поэзии. Японские стихи. Как правильно писать в японском стиле. В качестве обязательного элемента текста используется киго, "сезонное слово" - повествование ведется в настоящем времени
• К чему может привести глобальное загрязнение окружающей среды Последствия загрязнений
• Феодор студит. Формы общения с ересью
• Святая мученица наталия Акафист святой наталье