Т. И. Прожорина, Л. О. Чадова
Воронежский государственный университет
Основная причина загрязнения природных вод суши в наши дни заключается в массовом сбросе в водоемы неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод промышленными предприятиями и коммунальным хозяйством. По данным Минприроды РФ общий объем сбрасываемых в водные объекты страны загрязненных сточных вод составляет 28 км3 в год, причем из них нормативно очищенных - 2,8 км3 (10%) [1].
Белгородская область относится к промышленноразвитым регионам, в связи с этим вопрос о сохранении чистоты природных вод стоит достаточно остро. Одной из первоочередных природоохранных задач области является качество работы очистных сооружений.
Цель данной работы заключалась в оценке эффективности работы и исследовании возможности усовершенствования процесса очистки сточных вод очистных сооружений МУП «Водоканал» г. Старый Оскол Белгородской области.
На основании данных среднегодового химического состава очищенных сточных вод, сбрасываемых в р. Оскол, в период с 2006 по 2009 гг. нами было установлено, что очищенные сточные воды значительно превышают предельно-допустимые концентрации для вод рыбохозяйственного назначения.
Анализ таблицы 1 показывает, что из 22 показателей химического состава очищенных сточных вод 7 ингредиентов не соответствуют нормативным требованиям. Кратность превышения ПДК для этих показателей изменялась в течение всего исследуемого периода времени, но к 2009 году так и осталась на высоком уровне. Так, например, выявлено превышение установленных нормативов по азоту аммонийному в 3,8 раза, азоту нитритов в 15 раз, БПК5 в 2,9 раза, фосфору фосфатов в 6,15 раз, взвешенным веществам в 1,14 раза, железу общему в 3,1 раза, жирам в 8,3 раза.
Чтобы судить о характере и степени загрязнения реки Оскол под влиянием сбросов очистных сооружений г. Старый Оскол, нами было проведено сравнение фоновых показателей (на 500 м выше источника загрязнения) с показателями качества воды в пробе, отобранной на 1000 м ниже источника загрязнения.
Превышение норм ПДК в очищенных сточных водах в период с 2006 по 2009 гг.
| Показатели | 2006 г. | 2007 г. | 2008 г. | 2009 г. |
| Азот аммонийный, мг/л | 7 ПДК | 2,8 ПДК | 3 ПДК | 3,8 ПДК |
| Азот нитритов, мг/л | 7,5 ПДК | 40 ПДК | 29,5 ПДК | 15 ПДК |
| БПК5, мгО2/л | 3,6 ПДК | 3,15 ПДК | 2,3 ПДК | 2,9 ПДК |
| Фосфор фосфатов, мг/л | 9,5 ПДК | 8 ПДК | 7,5 ПДК | 6,15 ПДК |
| Взвешенные в-ва, мг/л | 1,19 ПДК | 1,1 ПДК | 0,96 ПДК | 1,14 ПДК |
| Железо общ., мг/л | 1,6 ПДК | 2,4 ПДК | 2,1 ПДК | 3,1 ПДК |
| Жиры, мг/л | 12,3 ПДК | 13,7 ПДК | 9 ПДК | 8,3 ПДК |
Таблица 2
| Показатель | Фактическая концентрация загрязняющих веществ | ПДК для вод рыбохозяйств. назначения | Кратность превышения ПДК для проб воды после сброса | |
| до сброса (500 м) | после сброса (1000 м) | |||
| Температура, °С | 10,5 | 12 | - | |
| Прозрачность, см | 30-29,3 | 30-28,9 | - | |
| рН | 7,8 | 7,8 | 6,5-8,5 | |
| Азот аммонийный, мг/л | 0,14 | 0,7 | 0,5 | 1,75 |
| Азот нитритов, мг/л | 0,02 | 0,14 | 0,02 | 7 |
| Азот нитратов, мг/л | 1,5 | 1,6 | 9,1 | |
| Растворенный О2, мг/л | 8,5 | 8,4 | не < 6 | |
| ХПК, мгО/л | 18,1 | 20,1 | 30,0 | |
| БПК5, мгО2/л | 2,6 | 3,0 | 2,0 | 1,8 |
| Сульфиды, мг/л | н/о | н/о | отс. | |
| Фосфор фосфатов, мг/л | 0,15 | 0,45 | 0,2 | 0,22 |
| Взвешенные в-ва, мг/л | 3,1 | 3,85 | 3,85 | 1,0 |
| Сухой остаток, мг/л | 309,6 | 329,5 | 1000 | |
| Хлориды, мг/л | 17,1 | 22,2 | 300 | |
| Сульфаты, мг/л | 45,1 | 47 | 100 | |
| Железо общ., мг/л | 0,16 | 0,17 | 0,1 | 1,7 |
| Никель, мг/л | н/о | н/о | 0,01 | |
| Медь, мг/л | н/о | н/о | 0,001 | |
| Цинк, мг/л | н/о | н/о | 0,01 | |
| Жиры, мг/л | 0,9 | 1,3 | 0,08 | 16,25 |
| СПАВ, мг/л | н/о | н/о | 0,1 | |
| Нефтепродукты, мг/л | н/о | н/о | 0,05 | |
Химический анализ вод р. Оскол до и после сброса сточных вод за 2009 год
Анализируя данные таблицы 2, можно сделать следующие выводы.
Фоновые значения концентраций загрязняющих веществ в р. Оскол (до сброса сточных вод городских очистных сооружений) по всем компонентам соответствуют нормативам ПДК для вод рыбохозяйственного назначения. За исключением: Беобщ - в 1,6 раза, что связано с залежами железных руд; БПК5 - в 1,3 раза объясняется присутствием органических веществ в водоеме.
Фактические концентрации загрязняющих веществ в речной воде, отобранной ниже сброса очищенных сточных вод, превышают ПДК по следующим ингредиентам: 1) NH4+ - в 1,75 раза; 2) NO2- - в 7 раз; 3) БПК5 - в 1,8 раза; 4) фосфаты - в 0,22 раза; 5) взвешенные вещества - в 1 раз; 6) Реобщ - в 1,7 раза; 7) жиры - в 16,25 раза.
Т.И. Прожорина, Л.О. Чадова Характеристика марок флокулянтов
| № образца флокулянта | Марка флокулянта | Ионогенность | Действие в области рН |
| 1 | Праестол 655 ВС | среднекатионные | 1 - 14 |
| 2 | Праестол 2530 | среднеанионные | 6 - 10 |
| 3 | Праестол 853 ВС | сильнокатионные | 1 - 14 |
| 4 | Праестол 851 ВС | слабокатионные | 1 - 14 |
| 5 | Праестол 2515 | слабоанионные | 3 - 8 |
| 6 | Праестол 2500 | сильноанионные | 6 - 13 |
| 7 | Floerger™ AN 900 | анионный | 6 - 8 |
Повышение фактических концентраций загрязняющих веществ в речной воде, отобранной ниже сброса сточных вод, свидетельствует о том, что ЛОС г. Старый Оскол являются источником загрязнения реки Оскол.
Таким образом, проведенные исследования позволяют судить о низкой эффективности очистки сточных вод и неудовлетворительной работе Старооскольских очистных сооружений, что, в свою очередь, негативно сказывается на качестве вод реки Оскол.
Для повышения эффективности работы очистных сооружений нами были проведены исследования по усовершенствованию процесса очистки сточных вод.
В качестве объекта исследования была использована сточная вода очистных сооружений г. Старый Оскол, прошедшая механическую очистку. Из первичного отстойника с поверхностного 50-см слоя суспензии была отобрана разовая проба сточной воды объемом 20 л. Проба хранилась в лаборатории в течение 10 дней при комнатной температуре (25° С). Перед каждым анализом осевшие на дно взвешенные вещества взбалтывались.
В связи с неприятным запахом отобранной сточной воды, нами был проведен сокращенный химический анализ исследуемой пробы. По осадку, полученному на фильтре, рассчитали количество взвешенных частиц в сточной воде, а в фильтрате определяли рН, общую жесткость и минерализацию. Характеристика исходной сточной воды отвечала следующим показателям: pH =7,4; минерализация = 770 мг/л; общая жесткость - 8,5 мг-экв/л; взвешенные вещества = 377,5 мг/л.
Для интенсификации очистки сточных вод гидролизующимися коагулянтами флокулянты начали применяться с 60-х годов прошлого столетия, среди которых наибольшее распространение в России получил полиакриламид (ПАА). В настоящее время в практике очистки сточных вод широкое применение находят более эффективные фло- кулянты, обладающие рядом преимуществ перед ПАА, и выпускаемые в широком ассортименте под торговыми марками «Праестол» и «Аккофлок» (Россия-Германия); «Зетаг» и «Магнафлок» (Швей - цария); «Floerger» (Франция) и другие.
Эффективность очистки сточных вод от взвешенных веществ будет зависеть от выбора марки и дозы флокулянта. Однако, трудно выбрать наиболее эффективную добавку для очистки конкретного состава сточных вод без предварительных исследований. Из-за необходимости дополнительных денежных и временных затрат многие организации не тратятся на проведение предварительных исследований и чаще всего используют уже известные или однотипные флокулянты для очистки сточных вод аналогичного состава. Однако в этом случае не всегда достигается оптимальный результат, так как выбор флокулянта и его эффективность будут зависеть не только от характеристик сточной воды и свойств флокулянтов, но и от технологической схемы с заданными параметрами очистки воды [2].
На базе эколого-аналитической лаборатории факультета географии, геоэкологии и туризма Воронежского госуниверситета были проведены относительно простые предварительные испытания, позволяющие быстро определить подходящую для конкретного случая марку флокулянта. Важно, что испытания проводились на оригинальной сточной воде, прошедшей механическую очистку на очистных сооружениях г. Старый Оскол.
Исследования совместного влияния неорганического коагулянта и флокулянта (7 различных марок) на процесс осветления стоков проводили с помощью Джар-теста (по виду, расходу, концентрации, порядку дозирования), а также технических параметров, интенсивности и продолжительности перемешивания для различных фаз (коагуляция, добавление флокулянта, созревание хлопьев).
В качестве коагулянта использовали 10% раствор Al2(SO4)3 и установили, что оптимальная доза его составляет 1,5 г/л.
Выбор наиболее эффективной марки флокулянта
| Марка | Оптимальная доза флокулянта, мг/л | Максимальный объем осадка, мл | Пик седимента ции | Уплотнение осадка | |
| 1 | Праестол 655ВС | 5 | 157 | к 2 мин | в 8 раз |
| 2 | Праестол 2530 | 6 | 147,2 | к 5 мин | в 4 раза |
| 3 | Праестол 853ВС | 5 | 137,4 | к 2 мин | в 3,2 раза |
| 4 | Праестол 851 ВС | 4 | 117,8 | к 2 мин | в 2,8 раза |
| 5 | Праестол 2515 | 6 | 166,8 | к 2 мин | в 2,9 раза |
| 6 | Праестол 2500 | 3 | 147,2 | к 2 мин | в 4,2 раза |
| 7 | Floerger™ AN 900 | 5 | 147,2 | к 5 мин | в 4,4 раза |
Для интенсификации процесса коагуляции были исследованы флокулянты марки «Праестол» и «Floerger» (таблица 3).
Выбор флокулянта FloergerTM AN 900 обоснован тем, что на ЛОС г. Старый Оскол уже используется этот продукт, но только на стадии обработки осадка, где сырой осадок после первичных отстойников и избыточный ил после аэротенков, подвергаются механическому обезвоживанию на фильтр-прессах. Однако на стадии механической очистки сточных вод флокулянт Floerger™ AN 900 не применяется.
На основании результатов исследований была составлена сводная таблица 4, позволяющая выбрать наиболее эффективную марку флокулянта для данного состава исследуемой сточной воды.
По результатам исследований можно сделать следующие выводы.
Все флокулянты достаточно эффективно осветляют сточную воду и при необходимости возможно использование каждой из рассматриваемых марок, однако, количество вводимой добавки варьируется в интервале от 3 до 6 мг/л.
Из рассматриваемых флокулянтов наилучшими показателями для очистки исследуемых сточных вод обладает флокулянт № 1. Оптимальная доза флокулянта составляет 5 мг/л при соотношении Al2(SO4)3 : Праестол 655 ВС = 300 : 1.
Одной из важных проблем обработки осадка сточных вод является его обезвоживание. Фло- кулянт № 1 дает наиболее плотный осадок, что облегчает его обезвоживание.
Продукт марки «SNF Floerger» по пока - зателям уступает флокулянту Праестол 655 ВС, но достаточно эффективно осветляет исследуемые сточные воды и может быть рекомендован к применению после стадии механической очистки на очистных сооружениях г. Старый Оскол в количестве 5 мг/л при соотношении Al2(SO4)3: Floerger™ AN 900 = 300 : 1.
Таким образом, использование современных флокулянтов совместно с неорганическими коагулянтами позволит увеличить степень очистки сточных вод и сократить объемы образующегося осадка, что особенно актуально для очистки сильно- загрязненных стоков, а также повысить эффективность работы существующих очистных сооружений г. Старый Оскол.
Список литературы
Феофанов Ю. А. Проблемы и задачи в сфере обеспечения населения питьевой водой / Ю. А. Феофанов // Вода и экология. Проблемы и решения. - 1999. - № 1. - 126 с.
Нечаев И. А. Состояние и перспективы применения флокулянтов для интенсификации коагуляционной очистки сточных вод / И. А. Нечаев, Л. В. Гандурина // Вода и экология. Проблемыирешения. - 2008. - № 4. - С. 32-41.