Очистка воды от пестицидов

Использование пестицидов в практике и связанная с ним опасность загрязнения ок­ружающей среды, в том числе поверхностных вод, вызвали необходимость интенсив­ных разработок технологических приемов удаления пестицидов из природных и сточ­ных вод. Исследования свойств пестицидов показали, что для их удаления могут ис­пользоваться различные физико-химические процессы, применяемые в отдельности или в различных сочетаниях.

Так, при использовании активного хлора для улучшения процесса коагуляции и обеззараживания воды целесообразно вводить уголь после окисления, обеспечивая ин­тервал, равный 10 мин.

При необходимости частичного удаления пестицидов в процессе коагуляции уголь целесообразно вводить перед фильтрами, так как при подаче в отстойник не исключено снижение адсорбционной активности его из-за быстрого осаждения частичек с хлопья­ми коагулянта, а следовательно, и увеличение расхода сорбента. При эпизодическом введении угля перед фильтрами доза его составляет 10-12 мг/л, а при длительном при­менении - 5-7 мг/л.

Значительную экономию расхода порошкообразного угля обеспечивает введение его в два приема: на ковше или первом подъеме и перед фильтрами. Так, если для сни­жения содержания ГХЦГ от 0,5 до ПДК (0,02 мг/л) в один прием требовалось 34 мг/л угля КАД или 27,5 мг/л угля БАУ, то при введении угля в два приема расход угля соот­ветственно снижался до 27 и 9,4 мг/л. Для снижения концентрации дильдрина с 10 до 0,1 мкг/л в первом случае расход угля составил 85, во втором - 25 мг/л.

Дробное введение ПАУ снижает его суммарный расход. Время контакта ПАУ с во­дой, необходимое для сорбции загрязнений, при интенсивном перемешивании 10-20 мин. Реализация этого процесса требует лишь строительства блока приготовле­ния и дозирования ПАУ и склада ПАУ.

Постоянное использование ПАУ для водоподготовки обычно невыгодно из-за не­рентабельности и невозможности его регенерации и потерь при дозировании.

Очистку природных вод со стабильным содержанием пестицидов целесообразно проводить, применяя фильтры, загруженные гранулированным активным углем. Осуще­ствление сорбции в динамических условиях резко повышает экономичность процесса за счет снижения расхода сорбента.

Фильтрование через ГАУ дает воду лучшего и более постоянного качества по срав­нению с углеванием. Непременным условием рационального использования угольных фильтров является тщательное предварительное осветление воды.

При малых равновесных концентрациях пестицидов в воде, пренебрегая достиже­нием максимальной адсорбционной емкости угля, можно добиться удаления из водных растворов не только (хлорорганических) ХОП, но и пестицидов других классов.

Порошкообразные сорбенты, как правило, проявляют в 2-5 раз большую сорбци­онную емкость по пестицидам, чем гранулированные. Особенность сорбции хлорорга­нических пестицидов - обратимый характер ее, т.е. возможность вымывания их из угля при изменении температуры, pH или загрязненности воды.

Большинство фосфорорганических соединений (ФОП) также сорбируются на АУ. Для уменьшения содержания фосфамида, карбофоса и хлорофоса в воде от С₀ = 1 мг/л до С_к = ПДК = 0,02-0,05 мг/л необходима доза угля (мг/л): ОУ-А_щ - 11-21; АГН - 15-39 и АГ-5 - 20-24.

Срок службы ГАУ при очистке природных вод составляет от 2 до 30 месяцев. Ис­пользуются обычные водопроводные фильтры с плотным слоем ГАУ высотой 1-1,2 м. Скорость фильтрования 3-6 м/ч.

Повышение скорости фильтрования от 7,5 до 30 м/ч требует, как правило, увеличе­ния высоты слоя ГАУ от 0,5-1,0 до 3-5 м. На фильтры с ГАУ следует подавать предва­рительно осветленную на механических фильтрах воду. В противном случае скорость фильтрования через ГАУ снижается от 4-6,5 до 1,5 м/ч.

На ряде водопроводных станций к сорбционной очистке воды на ГАУ переходят пу­тем замены части или всей загрузки скорых песчаных фильтров на ГАУ. При малых ка­питальных вложениях подобный переход от углевания к сорбции на ГАУ позволяет со­кратить эксплуатационные затраты на 30%.

Деструкция ряда легкоокисляющихся пестицидов, например серосодержащих про­изводных карбаминовой кислоты, может быть достигнута практически без изменения режима хлорирования, принятого на водопроводных станциях. Но обычно разложение пестицидов под действием активного хлора протекает с небольшой скоростью. Поэто­му требуется введение повышенных доз окислителя, что усложняет процесс очистки во­ды из-за необходимости последующего дехлорирования воды. Не исключена в этом слу­чае возможность образования биологически активных промежуточных продуктов взаи­модействия хлора с пестицидами, что недопустимо и может ограничить применимость данного метода при очистке воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

При сочетании хлорирования с коагуляцией, флокуляцией, отстаиванием и фильт­рованием содержание в воде ДДТ, гексахлорана, гексахлора обычно снижалось до норм, соответствующих требованиям стандарта.

Обработка воды, загрязненной ФОП, по схеме: предварительное хлорирование (3-4 мг/л), флокуляция ПАА или ВА-2 (2-3 мг/л), коагуляция Al₂(S0₄)₃ (30-40 мг/л), от­стаивание (1,5-2 часа), хлорирование (до остаточного хлора 0,3-0,5 мг/л) - обеспечила ее удовлетворительные органолептические свойства и химический состав при отсутст­вии токсичности.

В ряде работ изучались кинетика и химизм окисления ФОС озоном, условия обра­зования и разложения высокотоксичных промежуточных продуктов взаимодействия, расход окислителя и др.

Хорошие результаты были получены при использовании озона для обезвреживания в воде метафоса, карбофоса, фосфамида, дихлорофоса. В то же время хлорофос в иссле­дованных условиях практически с озоном не взаимодействовал даже при высоких кон­центрациях окислителя.

Озон является наиболее перспективным деструктором многих классов пестицидов, обеспечивая глубокое разрушение загрязнений и надежное их обезвреживание.

Использование озона в качестве деструктора пестицидов одновременно обеспечи­вает обесцвечивание, осветление и обеззараживание воды, что значительно снижает расход реагентов по сравнению с традиционной технологией обработки.

Существует ряд пестицидов, например линдан, токсафен, эндрин, симазин и др., которые можно надежно удалить только путем сорбции активированными углями. Так, при дозе угля 5 мг/л удаляется от 0,1 до 0,007 мг/л токсафена, при дозе 9 мг/л - от 0,3 до 0,001 мг/л. Перспективно для очистки природных вод от пестицидов применение ак­тивированных углей в сочетании с коагуляцией.

Сравнение эффективности разных марок отечественных углей: ОУ-А_щ, БАУ, КАД- йодный, СКТ, проведенное на примере удаления из воды ГХЦГ, показало принципиаль­ную возможность использования для этих целей всех указанных марок, однако при ад­сорбции в статических условиях лучшие результаты были получены для крупнопорис­того порошкообразного угля ОУ-А_щ, КАД, СКТ, БАУ соответственно равнялся 5,0; 34; 20.2 и 27,5 мг/л.

Уголь ОУ-А_щ показал лучшие результаты и при разработке технологии очистки природных вод от гербицидов триазинового ряда.

Место ввода порошкообразного угля должно обеспечивать максимальную диффу­зию сорбируемых веществ к поверхности угля и требуемое время контакта. Учитывая эк­ранизирующее действие оболочки продуктов гидролиза коагулянтов на частички актив­ного угля, рекомендуют вводить уголь в воду при перемешивании за 10-15 минут до коа­гулянта, затем после его добавления продолжить перемешивание в течение 1-2 минут.

Выбор технологической схемы зависит от свойств присутствующих в воде пести­цидов, требуемой степени очистки, производительности сооружений и т.д.

Различие в физико-химических свойствах применяющихся пестицидов объясняет трудности, встретившиеся при использовании стандартных схем очистки природных вод для питьевых целей. В отдельных случаях, при загрязнении воды гидрофобными ве­ществами коллоидной степени дисперсности, коагуляция с последующим отстаиванием и фильтрованием обеспечивала достаточно высокую степень очистки. Однако если в во­де содержатся одновременно несколько пестицидов, относящихся к разным классам ор­ганических соединений, что часто бывает на практике, технологическая схема должна включать новые реагенты или базироваться на использовании нескольких приемов об­работки.

При удалении пестицидов из природных вод, используемых после очистки для пи­тьевого водоснабжения, необходимую степень очистки иногда можно получить путем усовершенствования имеющейся традиционной технологии осветления, обесцвечива­ния и обеззараживания воды. Но в большинстве случаев традиционные водоочистные сооружения не являются надежным барьером, препятствующим попаданию пестицидов в очищенную воду. Такие данные имеются арилалкинмочевин и их метаболитов, фос- форорганических пестицидов, производных картаминовых, тио- и дитиокарбаминовых кислот, хлорорганических пестицидов, некоторых гетероциклических соединений. По­этому требуется включение в схему новых технологических процессов.

Основными реагентами, используемыми в настоящее время на всех водоочистных станциях, являются активный хлор и коагулянты.

Положительные результаты при удалении из воды пестицидов можно ожидать в том случае, если они присутствуют в виде суспензий или коллоидных частиц. Для по­вышения эффективности их удаления из воды необходимы интенсификация процесса коагуляции и улучшение режима фильтрования. Задерживающая способность песка для хлорорганических и фосфорорганических пестицидов колеблется от 8 до 25%. После коагуляции и отстаивания из воды удалялось до 50% эмульгированного и 70% раство­ренного ДДТ, после фильтрования - до 90%. Использование органических флокулянтов повышает степень очистки.

В то же время на примере севина, являющегося одним из малорастворимых карба­матов, было показано, что 10-50 мг/л Al₂(S0₄)₃ снижали концентрацию пестицида ме­нее чем на 20%. Более высокого эффекта удаления карбаматов удалось достичь лишь с применением очень высоких доз коагулянта (до 150 мг/л).

Обработка воды коагулянтом (150 мг/л Al₂(S0₄)₃) с последующим фильтрованием на песчаных фильтрах со скоростью 1,5 м/ч снижает содержание ДДТ на 78,8%, полихлоркамфена (ПХК) - 100%, ГХЦГ - на 96%. Высокий эффект очистки от ДДТ и ПХК обеспечивает также применение комбинированного коагулянта (40 мг/л сернокислого алюминия и 40 мг/л сернокислого железа). Содержание делапона в воде при обработке ее сернокислым алюминием с последующим отстаиванием (в течение 1,5-2 часов), фильтрованием и хлорированием снижалось от 2 до 0,09 мг/л и от 20 до 0,5 г/л.

Исследования действия активного хлора на пестициды - производные карбамино- вых кислот показали, что эффективность действия хлора на карбаматы с целью их обез­вреживания в воде в основном определяется строением этих соединений. Применение хлора целесообразно лишь для удаления производных дитио- и этиленбисдитиокарбаминовой кислот. Другие представители этого класса пестицидов при хлорировании их водных растворов могут превращаться в органолептические активные и токсичные со­единения. В этих случаях для их обезвреживания необходимо применять другие окис­лители.

Интенсивность промывки адсорберов 7,5-12 л/(с м²). Механические примеси сни­жают сорбционную способность ГАУ. Работа адсорберов протекает нормально при со­держании в воде взвешенных веществ до 10 мг/л. Продукты гидролиза коагулянта Al₂(S0₄)₃ в концентрации 10-50 мг/л уменьшают емкость ГАУ на 20-35%.

Фильтрование через угольную загрузку снижает концентрацию нефтепродуктов и ПАВ ниже 0,1 мг/л; пестицидов, фенолов и др. ароматических углеводородов - до лю­бого уровня.

Исследования ВНИИ ВОДГЕО показали, что сорбционная обработка - один из на­иболее эффективных и надежных методов подготовки воды. При этом лучшими показа­телями обладает уголь АГ-5, имеющий высокую сорбционную емкость и механическую прочность.

Высокая стоимость активного угля явилась причиной поисков новых сорбентов, ко­торые могут привести к удешевлению процесса адсорбции. Имеется способ очистки природной воды от пестицидов на основе использования сорбента, состоящего из (%, массовая доля): глинозема - 77-79; мелкодисперсного торфа - 16-18; бактеризован­ной травяной муки - 2-4 и аммиачной селитры - 1-3. Способ обеспечивает глубокую очистку поверхностных вод рыбохозяйственного назначения от пестицидов типа поли- хлорпинена, симазина, диурона.

Наиболее перспективным методом обезвреживания пестицидов разных классов при их совместном присутствии в природных водах является окислительно-адсорбци­онный, с дополнением традиционной технологии процессами озонирования и адсорб­ции на активном угле. Применение вместе с АУ различных окислителей - 0₃, Сl0₂, КМn0₄ - позволяет сократить общий расход и сорбентов, и реагентов. Концентрация за­грязнений на поверхности ГАУ и время их нахождения в сорбированном состоянии в тысячи раз больше, чем в свободном объеме фильтра. Одновременно на угле сорбиру­ются окислители, поэтому на поверхности АУ интенсивно идут процессы окисления примесей. Причем чем активнее окислитель, тем эффективнее очистка воды и регенера­ция сорбента. Так, например, сильно загрязненные воды р. Рейн перед сорбционной очисткой не только озонируют, но и вводят в них перманганат калия, а после угольных фильтров воду озонируют повторно.

Вернуться к списку