Виды антропогенных примесей и методы их извлечения

При выборе технологий водоподготовки в условиях повышенных антропогенных нагрузок на водоисточники первостепенную роль играет объективная оценка источника хозяйственно-питьевого или технического водоснабжения. Гидрохимический режим поверхностных водоисточников формируется в условиях интенсивной хозяйственной деятельности на водосборах. К природным факторам, влияющим на качество природ­ных вод, относятся: геоморфологическое строение, климатические условия, поверхно­стный и почвенный покров, поверхностные и подземные воды и др.

В последние десятилетия наблюдается появление в воде водотоков и водоемов ши­рокого спектра загрязняющих веществ, преимущественно антропогенного происхожде­ния, и ухудшение качества воды в целом. Поэтому в нынешних условиях необходимо учитывать и существенное влияние антропогенных факторов на формирование качест­ва природных вод с учетом рассредоточенных и сосредоточенных источников антропогенно-техногенной нагрузки, расположенных в районе водосбора.

Основными антропогенными загрязнениями, поступающими в поверхностные во­доисточники с неочищенными или недостаточно очищенными хозяйственно-бытовыми и промышленными сточными водами, ливневым и талым стоком с водосборов, поверх­ностным стоком с территорий промплощадок, агропромышленных комплексов, хвостохранилищ, мелиоративных сельхозугодий и др., являются фенолы, пестициды, нефте­продукты, азотные соединения (азот аммонийный, нитриты и нитраты), соли тяжелых металлов и поверхностно-активные вещества. Многие из них обладают кумулятивными свойствами и могут в значительной степени изменять гидрохимический режим водоис­точника.

Фенолы техногенного происхождения попадают в водоисточники с недостаточно очищенными сточными водами коксовых производств, нефтеперерабатывающих заво­дов, с продуктами перегонки смолы, образуются при деструкции целлюлозы. Феноль­ный индекс очищенной воды по СанПиН 2.1.4.1074-01 не должен превышать 0,25 мг/л. При этом к содержанию отдельных компонентов предъявляются более жесткие требо­вания, например для фенола ПДК составляет 0,001 мг/л. Существующие методы очист­ки природных вод от фенолов базируются в основном на окислительных воздействиях перекиси водорода, озона, перманганата калия и сорбции на активированных углях.

Ассортимент пестицидов, используемых в сельском хозяйстве в качестве гербици­дов и инсектицидов для борьбы с сорными растениями и вредителями сельхозкультур, весьма широк и разнообразен. Это хлорорганические и фосфорорганические соедине­ния, производные карбаминовой кислоты и мочевины, гетероциклические соединения. Хлорорганические пестициды отличаются высокой стойкостью к воздействию окружа­ющей среды и нарастанием концентраций в последующих звеньях биологической цепи. Поступают пестициды в водоисточники со стоками талых и дождевых вод с полей и сельхозугодий, грунтовых вод в районе орошаемого земледелия, при неправильной тех­нологии обработки. Лимитирующие ПДК для разных классов пестицидов колеблются в широких пределах. Так, например, для севина ПДК по органолептическому признаку составляет 0,1 мг/л, карбофоса - 0,05 мг/л, гексахлорана - 0,02 мг/л и т.д.

Различие в физико-химических свойствах применяющихся пестицидов обусловли­вает трудности в выборе технологий их удаления из поверхностных вод. В случаях од­новременного присутствия нескольких видов пестицидов технология водоподготовки должна включать реагентную обработку воды и ее сорбционную доочистку. Коагуляция и фильтрование могут оказаться эффективными лишь в случаях, когда пестициды при­сутствуют в воде в виде суспензий или коллоидных частиц. Разложение пестицидов под действием активного хлора происходит с небольшой скоростью, требует повышенных доз окислителя и последующего дехлорирования. В большинстве случаев обработка по­верхностных вод, содержащих пестициды, хлором малоэффективна и приводит к обра­зованию более токсичных вторичных продуктов. В случаях наличия в воде специфиче­ских пестицидов (ГХЦГ, симазин, токсафен) сорбция на активированных углях оказы­вается надежным и практически единственным методом очистки. Для этих целей ис­пользуют угли БАУ, КАД-йод, ОУ-Ащ. При эпизодическом появлении пестицидов в природных водах в подготовке питьевой воды предпочтение отдают дозированию по­рошкообразных углей в трубопровод после насосной станции первого подъема и перед фильтрами с общими дозами до 5-12 мг/л.

Нефтепродукты представляют собой совокупность алифатических, ароматичес­ких, алициклических углеводородов, составляющих основную часть нефти. При по­ступлении в поверхностные воды водоемов и водотоков они резко ухудшают органолеп­тические свойства воды, оказывают мутагенное (канцерогенное) действие на живой ор­ганизм (например, пирен, фенантрен и т.д.). В соответствии с СанПиН 2.1.4.1074-01 ПДК нефтепродуктов (суммарно) в воде питьевого качества, нормируемых по органо­лептическому показателю вредности, не должна превышать 0,1 мг/л.

В природные воды нефтепродукты поступают в случаях использования источников хозяйственно-питьевого назначения для целей судоходства; при аварийных сбросах сточных вод или нарушении требуемых условий отведения и сброса городских и про­мышленных (предприятия нефтедобычи и нефтепереработки) сточных вод; в периоды стока ливневых и талых вод селитебных территорий и промплощадок, автостоянок, хра­нения нефтепродуктов и прочее. В зависимости от концентрации, способа попадания в воду, а также наличия поверхностно-активных веществ и солей нефтепродукты могут присутствовать в природной воде в различных состояниях: в виде пленки, эмульсии ти­па «масло в воде» и в растворенном состоянии.

К известным методам очистки воды от нефтепродуктов, применяемых в практике водоподготовки, относятся: сорбция с использованием природных и синтетических сор­бентов; электрокоагуляция и электрофлотация. Использование напорной флотации с до­бавлением сульфата алюминия и полиакриламида лишь на 10-15% улучшает эффект очистки воды от нефтепродуктов. Эффективность метода озонирования по отношению к нефтепродуктам обусловлена в большей степени их концентрацией и различной при­родой и колеблется, по данным разных авторов, в пределах от 0 до 100%.

В природных водах соединения азота могут находиться в виде органического азо­та, ионов аммония, нитритов и нитратов. Источником нитритного и нитратного азота в исходной воде чаще всего бывает аммонийный азот, поэтому актуальна проблема удале­ния его при очистке воды. В подземных водах высокое содержание аммонийного азота сопровождается зачастую присутствием сероводорода, агрессивного диоксида углерода, марганца, железа. При pH = 6-8 в воде находится главным образом NH₄⁺. Наиболее ток­сичными являются нитрит-ионы, концентрация которых в питьевой воде по рекоменда­циям СанПиН не должна превышать 3 мг/л. По рекомендациям ВОЗ концентрация нит­рит-ионов в питьевой воде не должна превышать 1 мг/л, а допустимая концентрация ни­тратов составляет 45 мг/л по N0₃^-.

Аммонийный азот, легко усваиваемый микроорганизмами при биологической очи­стке, является одним из наиболее распространенных загрязнителей природных вод ант­ропогенного происхождения. Приемлемым в данном случае является метод биологиче­ской нитрификации. Суть его состоит в окислении аммонийных соединений бактерия­ми рядов Nitrosomonas и Nitrosospire до нитратов. Нитрификация происходит эффектив­но при содержании растворенного кислорода в воде - 4 мг0₂/мг. Применение иммоби­лизованных микроорганизмов (закрепленных на поверхности носителя) повышает ско­рость реакции на порядок.

Схема нитрификации выглядит следующим образом:

Среди факторов, влияющих на скорость биохимических реакций нитрификации, основными являются концентрация аммиачного азота в исходной воде, температура и содержание растворенного кислорода.

Образующиеся в результате нитрификации нитраты в анаэробных условиях участ­вуют в процессе денитрификации по схеме:

Соли тяжелых металлов попадают в водоисточники с кислотными дождями, зона выпадения которых стремительно охватывает все новые районы страны. В мягких низ­кощелочных водах в северных и восточных районах страны эти дожди способны на не­сколько единиц снизить pH воды, что, в свою очередь, не только препятствует выпаде­нию поступающих в эти источники, например, со сточными водами промышленных предприятий тяжелых металлов, но и стимулирует их растворение и переход в воду из придонных осадков. В связи в этим возникает необходимость в разработке таких мето­дов водоподготовки, которые могли бы обеспечивать глубокую очистку больших расхо­дов природных вод от тяжелых металлов.

На традиционных очистных сооружениях процесс очистки воды от тяжелых метал­лов происходит за счет связывания ионов тяжелых металлов в труднорастворимые со­единения и последующего выделения их в осадок. В ряде случаев этот процесс лучше протекает при избытке щелочного реагента, особенно извести. Продолжительность от­стаивания воды составляет не менее двух часов.

Наиболее универсальным методом удаления поверхностно-активных веществ (ПАВ) из природных вод является озонирование (озоно-флотация) с последующей очи­сткой воды на традиционных сооружениях. Такой же и более высокий эффект может быть достигнут предварительным коагулированием и осветлением воды. Коагулирова­ние позволяет также удалять из воды ПАВ. Так, обработка воды, содержащей до 10 мг/л синтетических детергентов в виде трудноокисляемых алкилбензолсульфонатов, смесью сернокислого алюминия и хлорного железа в кислой среде позволяет практически пол­ностью удалить загрязнения из обрабатываемой воды. Глубокая доочистка анионоак­тивных и неионогенных ПАВ осуществляется сорбцией на активированных углях.

Таким образом, при подборе технологии подготовки воды, содержащей антропо­генные примеси, необходимо располагать информацией о факторах, влияющих на каче­ство исходной воды, определяющих типах загрязнителей, их расчетных концентрациях, временном факторе присутствия в исходной воде и фазово-дисперсном состоянии при­месей.

Вернуться к списку