Например, Бобцов

Мониторинг загрязненности водных систем органическими веществами

УДК 639.38, 664.95
Мониторинг загрязненности водных систем
органическими веществами
К. т. н. Л.И. Маркитанова
Санитарное и экологическое состояние водной системы формируется под воздействием природных и антропогенных факторов. Органические вещества влияют на органолептические, санитарно-гигиенические и токсикологические свойства водных систем. Аналитический контроль воды при определении органических веществ направлен на анализ консервативных, достаточно стабильных соединений, не во всех случаях обладающих выраженными органолептическими свойствами, но даже в незначительных концентрациях представляющих опасность для здоровья человека в силу выраженной токсичности, кумулятивности или способности вызывать отдаленные эффекты /1/.
Мониторинг загрязненности сточных вод предприятий пищевой промышленности является многоуровневой системой с соответствующей аппаратурно-методической и информационно-аналитической базой. Аппаратурно-методическая база включает средства и методы дистанционного, экспрессного и химико-аналитического контроля показателей загрязненности водных систем. Показатель качества воды, характеризующий суммарное содержание в воде органических веществ, называется биохимическим потреблением кислорода (БПК), то есть изменение концентрации растворенного в пробе воды кислорода в результате аэробного биохимического окисления. Кроме того, определяют химическое потребление кислорода (ХПК), то есть количество окислителя в пересчете на кислород, необходимого для окисления органических загрязнений, содержащихся в пробе. Характеристика загрязненности органическими веществами сточных вод предприятий пищевой промышленности с различными схемами водопотребления и водоотведения и разной производственной мощности /2,3,4/ представлена в табл.1.
Во многих городах производственные сточные воды, предварительно очищенные до требуемых показателей, отводят в городскую канализацию для последующей очистки на городских очистных сооружениях вместе с хозяйственно-бытовыми стоками. Местные требования к качеству производственных сточных вод, отводимых в городскую канализацию ряда городов /5/, представлены в табл.2.
Результаты определения БПК и ХПК водных растворов с предельнодопустимой концентрацией (ПДК) некоторых органических веществ /6/ представлены в табл.3.
Временно допустимый сброс очищенных сточных вод в водоемы СанктПетербурга и его пригородов /7/ представлен в табл.4.

Таблица 1. Характеристика сточных вод предприятий пищевой промышленности (минимальное - максимальное значение показателя).

Предприятия

Сахарные

Солодовенные Производство дрожжей Пивоваренные Спиртовые, перерабатывающие:
Водочные

хлебопекарных
мелассу картофель

Винные Крахмальные, перерабатывающие: Плодоовощные Молочные

картофель

Мясные

Птицеперерабатывающие Рыбоперерабатывающие

Масложировые

Экстракция

Рафинирования

Маргариновый

Мыловаренный

Кондитерские (усредненный сток)

Свиноводческие комплексы

Взвешенные вещества,мг/л 1200-2600
26-2334 43-2000
23-5885 4010-7165
470 280-846
82-600 600-4700
20-1830 350-600
410-12000
125-250 4600-5000
241 1415 1220 1500-9500

ХПК, мгО/л 4900
84-656 360-560
21,6-1158 5503569834 220-830 61,5– 258,5 92-418 300-1300
440-2690 12003000 180012500 500-960 -
16896 200 78 70 6060 -

БПК5, мгО/л 14003600 92-1600 970-1690
24-6080 5263370604 170-620 66-260
338-755 100-2520
350-2175 500-2000
650-5100
720-1725 80008800 16000 360 78 200 2190 30008500

БПКполн, мгО/л -
2300-4300
-
580 -
-
1000-2400
1600-8600
-
4400 -

Таблица 2. Местные требования к качеству производственных сточных вод, отводимых в городскую канализацию.

Показатель Москва Петушки Тверь

Взвешенные 500

163

305

вещества,

мг/л
БПКполн, мгО/л

500

180*

272

ХПК, мгО/л 800

250

400

*БПК5

Минск 400
400 1000

Санкт- Краснодар Сергиев-

Петербург

Посад

280 160 194

800* 1500

158 -

288 494

Таблица 3. Биохимические показатели водных растворов с предельно-допустимой концентрацией органических веществ.

Вещество Анилин Бензины Бензол Дихлорбензол Дихлорэтан Пиридин Формальдегид

ПДК, мг/л 0,1 0,1 0,5 0,002 2,0 0,2 0,01

БПК5, мгО/л 1,76 0,5 0 0 1,47 0,68

БПКполн, мгО/л 1,90 0,11 1,15 0 0,72

ХПК, мгО/л 2,41 3,54 3,07 1,42 0,56 2,43 1,07

Таблица 4. Временно допустимый сброс очищенных сточных вод в водоемы СанктПетербурга и его пригородов.

Показатель, мг/л Взвешенные вещества БПКполн ХПК для водоемов: высшей категории других категорий

Допустимая концентрация в очищенных сточных водах 50,0 15,0
50,0 100,0

Временно допустимый сброс является компромиссом между потребностью в улучшении экологического состояния водных систем в настоящий момент времени и возможностями общества, отраженными в плане поэтапной реализации инженерно-экологических и санитарных мероприятий.
Норматив на БПКполн не должен превышать: для водоемов хозяйственнопитьевого водопользования – 3 мгО/л; для водоемов культурно-бытового водопользования – 6 мгО/л. /8-10/. Соответственно, можно оценить предельно-допустимые значения БПК5 для тех же водоемов, равные 2 мгО/л и 4 мгО/л.
ХПК характеризует общее количество содержащихся в воде органических и неорганических восстановителей, реагирующих с сильными окислителями. Основные методы определения ХПК – бихроматный и

перманганатный. Наиболее полное окисление органических загрязнений достигается окислением пробы бихроматом калия с добавкой катализатора сульфата серебра при кипячении в серной кислоте 50%-ной. ХПК, определяемую с помощью перманганата калия, обычно называют перманганатной окисляемостью. Именно перманганатная окисляемость является единственным показателем ХПК, регламентирующим качество питьевой воды /9/. Норматив составляет 5 мгО/л.
К эффективным и широко распространенным методам анализа сточных вод промышленных предприятий относятся оптические, хроматографические, электрохимические, масс-спектроскопия и другие методы инструментального анализа /11/. Например, для определения концентрации растворенного кислорода и БПК выпускается портативный цифровой кислородомер АЖА-101, основанный на использовании амперометрического метода. Для определения ХПК в лабораториях выпускается экспресс-анализатор «Экотест-ХПК» - измеритель бихроматной окисляемости, основанный на использовании потенциометрического метода. Однако инструментальные методы требуют оснащенности приборами, а приборы требуют соответствующего обслуживания, поверки, стационарных, хорошо оборудованных аналитических лабораторий, при этом стоимость анализов довольно высока.
Традиционно используемые методы «мокрой» химии /13,14,15/ являются титриметрическими. Ускоренный метод определения бихроматной окисляемости можно считать упрощенной модификацией арбитражного. Он применяется при значениях ХПК водного объекта не менее 50 мгО/л и не более 4000 мгО/л, при больших значениях ХПК пробу необходимо разбавлять. Этот метод пригоден для анализа загрязненных природных и сточных вод и может быть реализован в полевых условиях. Методика ускоренного метода /13,15/ предусматривает применение неразбавленной концентрированной серной кислоты, поэтому в отличие от арбитражного метода не требует часового кипячения пробы. Следует добавить, что при определении ХПК ускоренным методом окисление проводят без добавки или с добавкой катализатора - сульфата серебра или ртути.
Для определения перманганатной окисляемости международным стандартом ИСО 8467 регламентирован метод Кубеля. Диапазон определяемых значений ХПК от 0,5 мгО/л до 10 мгО/л. Максимально допустимая степень разбавления проб – десятикратная; метод применим для водных систем с концентрацией хлорид – аниона не более 300 мг/л /15/. Сущность метода состоит в окислении присутствующих в пробе органических веществ 0,01Н раствором перманганата калия при кипячении в сернокислой среде в течении 10 минут.

Для мониторинга загрязненности питьевых, природных, хозяйственнобытовых и сточных вод органическими веществами в полевых условиях, в условиях базового лагеря или в условиях недостаточно оснащенных учебных и производственных лабораторий могут быть реализованы ускоренные методы определения ХПК в силу своей относительной простоты, воспроизводимости и достоверности результатов.
Список литературы
1. Алексеев А.И., Валов М.Ю., Юзвяк З. Критерии качества водных систем. Учебное пособие. – СПб.: Химиздат, 2002, – 212 с.
2. Водоотводящие системы промышленных предприятий. Учебник для ВУЗов /С.В.Яковлев, Я.А.Карелин, Ю.М.Ласков, Ю.В.Воронов; Под ред. С.В.Яковлева. – М.: Стройиздат, 1990. – 511 с.: ил.
3. Храмцов А.Г., Нестеренко П.Г. Безотходная технология в молочной промышленности /Под ред. А.Г.Храмцова. – М.: Агропромиздат,1989. 279с.: ил.
4. Вторичные сырьевые ресурсы пищевой и перерабатывающей промышленности. АПК России и охрана окружающей среды. Справочник /Под общ. ред. акад. РАСХН Е.И.Сизенко. – М.: Пищепромиздат, 1999. – 468 с.
5. Малахов И.А. Очистка сточных вод мясоперерабатывающих предприятий //Мясная индустрия. 2001. №5, с.49 – 51.
6. Путилов А.В., Копреев А.А., Петрухин Н.В. Охрана окружающей среды. Учебное пособие для техникумов. – М.: Химия, 1991. – 224 с.: ил.
7. Отведение и очистка сточных вод Санкт-Петербурга /Под общ. ред. Ф.В.Кармазинова. – СПб.: Стройиздат СПб, 1999. – 424 с.: ил.
8. ГОСТ 2761 – 84. Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора.
9. СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода и водоснабжение населенных мест. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды питьевого водоснабжения. Контроль качества.
10. Государственный контроль качества воды. – М.: ИПК изд-во Стандартов, 2001. – 688 с.
11. Разяпов А.З., Кудрин И.В., Шаповалов Д.А. Высокочувствительные методы контроля загрязнений объектов окружающей среды. – М.: МИСиС, 2001.
12. Протопопов И.И., Тихомиров Г.П., Андросова Л.М., Степкин Р.А. Мониторинг загрязненности сточных вод инструментальными средствами //Молочная промышленность. 2003. №10. с.55 – 57.
13. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. – М.: Химия, 1984.
14. Унифицированные методы анализа вод СССР Выпуск 1. – Ленинград, Гидрометеоиздат, 1978.- 144 с.

15. Муравьев А.Г. Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами. 3-е изд., доп. и перераб. – СПб.: «Крисмас+», 2004. – 248 с.