Анализ сточных вод (14 показателей)

Анализ сточных вод

Атмосферные осадки и воды, которые отводятся в естественные водоемы с территорий населенных пунктов и предприятий, принято называть сточными водами. Отвод осуществляется посредством канализации или естественным путем.

Влияние сточных вод на развитие всей биосферы можно недооценить, но переоценить невозможно. Сточные воды провоцируют и ускоряют эвтрофикацию водоемов, ведут к изменению биоценоза и гибели биологических видов, загрязняют объекты водопользования, которые человек использует в качестве источника питьевой воды. Даже артезианские бассейны уже не столь безупречны, как 100-150 лет тому назад.

Виной всему – бурная хозяйственная и промышленная деятельность человека. Источниками сточных вод становятся наши квартиры, детские сады, больницы, школы, магазины, салоны красоты, АЗС, предприятия металлургической, пищевой, фармацевтической промышленности.

Чтобы хоть как-то приостановить разрушение гидросферы, разрабатываются законы и подзаконные акты, внедряются новые и совершенствуются давно известные методы очистки. А всесторонний анализ сточных вод позволяет разработать оптимальный алгоритм очистки (с учетом характера загрязнителей) для каждого промышленного объекта и оценить качество воды, покидающей очистные сооружения.

Почему в 80 % случаев законы, анализы и методы очистки игнорируются руководителями предприятий? Вопрос риторический, хотя ответ, на самом деле, очевиден – деньги. Мы же постараемся ответить на другой вопрос: какими характеристиками обладают сточные воды и как загрязнители влияют на их очистку? Но прежде бросим беглый взгляд на классификацию сточных вод и главные особенности отдельных их типов.

 

Виды сточных вод

1. Хозяйственно-бытовые (также можно встретить названия коммунальные и городские сточные воды). Это стоки из нашей кухни, санитарного узла, школы, поликлиники etc. Отводятся посредством хозяйственно-бытовой и общесплавной канализации. Состав загрязнителей: 58 % - органика, 42 % - минеральные вещества. Особенность – высокое содержание азотсодержащих соединений и фосфатов, значительная степень фекального загрязнения.

2. Промышленные сточные воды. Формируются на предприятиях, отводятся посредством промышленной канализации. Спектр загрязнителей определяется характером промышленной деятельности. Содержат органические и неорганические элементы, наибольшую опасность для гидросферы и человека представляют нефтепродукты, органические красители, фенолы, поверхностно-активные вещества, сульфаты, хлориды и тяжелые металлы.

3. Поверхностные сточные воды: стоки (дождевые и талые), формирующиеся из атмосферных осадков, проникающие в почву и стекающие в водоемы посредством ливневой канализации с территории промышленных предприятий и населенных пунктов. Спектр возможных загрязнителей широк и определяется особенностями территории. Анализ поверхностных сточных вод крайне затруднителен по очевидным причинам.

 

Анализ сточных вод

Говорить мы будем, главным образом, об анализе промышленных и бытовых сточных вод, поступающих на очистные сооружения. Именно этот анализ позволяет понять специфику оценки качества сточных вод и спектр загрязнителей. На выходе из очистных сооружений выявленных ранее специфичных загрязнителей не должно быть либо их количество должно быть минимальным (определяется нормативами).

Начнем с простейших анализов. Температура, цветность, запах и прозрачность. Физические показатели качества воды малоинформативны и понятны на интуитивном уровне, а потому мы изучим их поверхностно. Для всех сточных вод характерна повышенная температура, специфический запах и сниженная прозрачность (определяется по шрифту). Изменения цветности (измеряется в градусах платинокобальтовой шкалы) присущи промышленным сточным водам и зависят от вида производственной деятельности.

Переходим к химическим показателям. Реакция (рН) коммунальных сточных вод, как правило, нейтральна (6,5-8), а реакция промышленных стоков может изменяться от сильнокислой (рН менее 3) до сильнощелочной (рН более 11). В процессе очистки реакция сточных вод должна стать нейтральной.

Сухой остаток – следующий показатель загрязненности воды. В случае со сточными водами он определяется из нефильтрованной пробы. Фактически, показатель указывает на количество в воде примесей, как взвешенных (руда, окалина, известняк, кокс etc.), так и растворенных. В зависимости от содержания примесей сточные воды принято делить на четыре категории: первая - сухой остаток менее 500 мг/л (коммунальные сточные воды), четвертая – выше 30 000 мг/л. Отметка 5000 мг/л разделяет вторую и третью категорию.

Удалить взвешенные примеси можно при помощи механических методов очистки, простейшим из которых является отстаивание. Чтобы спрогнозировать эффективность этого метода, используется показатель оседающие вещества. Проба воды помещается в цилиндр, после чего оценивается, какое количество взвешенных веществ осядет за 2 часа. Измеряется в мг/л и процентах от сухого остатка. Оседающие вещества в городских сточных водах составляют 65-75 %.

Почему важно знать сухой остаток? Потому что в дальнейшем промышленные и коммунальные стоки подвергаются очистке при помощи биологических методов (бактерии), и на этой стадии количество взвешенных веществ не должно превышать 10 г/л. (Если быть до конца точным, таков должен быть не сухой, а плотный остаток – количество твердых веществ в фильтрованной пробе).

Зольность твердых примесей – еще один специфичный для сточных вод показатель. Сухой остаток прокаливается при температуре 600 градусов, в результате чего часть химических соединений сгорает и улетучивается, и вес пробы уменьшается. Массу остатка делят на первоначальную массу образца и получают зольность, выраженную в процентах. Для городских сточных вод характерна зольность 25-35 %.

Окисляемость – санитарный показатель, который актуален не только для сточных вод. Указывает на степень загрязнения воды органическими и неорганическими веществами, но де-факто показатель используется для оценки степени органического загрязнения. Окисляемость можно определять при помощи аэробных гетеротрофных бактерий (биохимическая окисляемость) и посредством химических реакций (химическая окисляемость – бихроматная, иодатная etc.).

Единицами измерения окисляемости является потребление кислорода: БПК и ХПК – биохимическое и химическое потребление кислорода, выраженное в миллиграммах О2 на литр. Большое значение имеет соотношение БПК к ХПК, которое позволяет прогнозировать, какое количество загрязнителей может быть удалено при помощи биологических методов очистки.

Содержание фосфора и азотистых соединений – чрезвычайно важные показатели и для сохранности гидросферы, и для эффективности процессов биологической очистки. В сточных водах определяется содержание общего, нитратного, нитритного и аммонийного азота. От количества соединений азота зависит степень эффективности биологической очистки. Если в производственных сточных водах азота мало, то на стадии биологической очистки приходится добавлять в воду хлористый аммоний. В хозяйственных стоках соединений азота всегда предостаточно, ибо человек в процессе жизнедеятельности выделяет их в больших количествах.

Что касается фосфора, то содержание этого элемента в сточных водах всегда превышает ПДК. Причиной тому повсеместное присутствие фосфатов в составе моющих средств, которые используются не только в быту, но и на промышленных предприятиях. Избыток фосфорсодержащих соединений является одной из главных причин эвтрофикации водоемов.

Сульфаты и хлориды – следующие показатели состояния сточных вод. В хозяйственно-бытовых стоках содержание хлоридов колеблется в пределах от 150 до 300 мг/л, сульфатов – до 150 мг/л. В промышленных стоках (в частности, на металлургических заводах) уровень хлоридов и сульфатов значительно выше, к тому же к ним добавляются цианиды, аммиак и роданистые соединения.

Показатели важны не только с точки зрения оценки загрязненности стоков, их следует учитывать и в процессе трактовки данных, полученных в ходе иных анализов. В частности, при повышении уровня хлоридов выше 200 мг/л необходимо вносить поправку в показатель ХПК, о котором мы говорили ранее. В противном случае следует осаждать хлориды перед определением бихроматной окисляемости пробы воды.

Синтетические поверхностно-активные вещества, или СПАВ. Разговор об этих загрязнителях не может быть коротким, потому что они наносят колоссальный вред естественным водоемам. СПАВ относятся к факторам, вызывающим эвтрофикацию рек и озер, СПАВ угнетают процессы самоочищения гидросферы, СПАВ тормозят биохимические процессы в водоемах, СПАВ способствуют снижению содержания кислорода в воде и другим губительным для любого биоценоза процессам.

Кроме того, во время очистки сточных вод поверхностно-активные вещества замедляют процессы осаждения твердых взвешенных частиц, провоцируют появление пены в очистных сооружениях и препятствуют биологической очистке. Поэтому содержание СПАВ в стоках, поступающих на стадию биологической очистки, не должно превышать 20 мг/л. Некоторые фракции (в частности, жесткие СПАВ) предварительно должны быть полностью удалены химическими и физико-химическими методами.

Поверхностно-активные вещества присутствуют во всех сточных водах, в том числе и хозяйственно-бытовых. Они входят в состав синтетических моющих средств, и практически каждая семья вносит свою лепту в загрязнение гидросферы этими «химическими монстрами». В производственном секторе высокое содержание СПАВ характерно для сточных вод предприятий текстильной и нефтеперерабатывающей промышленности.

Токсические вещества определяются, главным образом, в промышленных сточных водах и делятся на две категории – неорганические и органические. К органическим токсическим веществам относятся нефтепродукты, смолы, карбоциклические соединения, пестициды, красители, кетоны, фенолы, спирты и уже знакомые нам СПАВ. Неорганика представлена солями, щелочами, кислотами и различными химическими элементами (хром, алюминий, свинец, никель, фтор, бор, железо, ванадий etc.).

Конечно, сточные воды предприятий не проходят проверку на содержание в них всех известных науке химических соединений. Перечень необходимых тестов регламентируется нормативными документами и в значительной степени зависит от характера производства: например, в нефтяной промышленности в обязательном порядке проводится анализ сточных вод на содержание углеводородов (нефтепродуктов), в легкой промышленности – органических красителей.

Биологические загрязнители представлены бактериями, вирусами, патогенными простейшими и яйцами гельминтов, источником которых являются люди и прочие живые существа; присутствуют преимущественно в хозяйственно-бытовых и сельскохозяйственных сточных водах, в особенности в стоках предприятий животноводческого сектора.

Для оценки фекальной загрязненности сточных вод используются стандартные микробиологические анализы – определение общего микробного числа и количества общих колиформ (коли-тест). В ходе этих анализов не определяется наличие или отсутствие в воде патогенных микроорганизмов, а оценивается степень загрязнения воды. Соответственно, чем выше фекальная загрязненность, тем выше вероятность присутствия в воде патогенных агентов.

Добавим, что коммунальные сточные воды также исследуются на содержание яиц гельминтов. Целью этого теста является оценка санитарно-эпидемиологической ситуации в регионе. 92 % всех обнаруживаемых яиц гельминтов приходится на яйца аскарид, а оставшиеся 8 % - на остриц, лентецов и прочих паразитов.

Бактериологический анализ сточных вод «на выходе» позволяет оценить эффективность работы очистных сооружений и указывает, как коррективы необходимо внести. Дезинфекция проводится хлором, но ввиду негативного влияния последнего на качество воды, не прекращается поиск альтернативных методов обеззараживания (озонирование, применение гипохлорита).

Растворенный кислород – последний показатель, который характеризует не загрязненность стоков, а качество работы очистных сооружений. Концентрация растворенного кислорода в сточной воде не превышает 0,5 мг/л, а нередко его в ней и вовсе нет. После очистки данный показатель повышается до 8 мг/л, и такую воду уже можно выпускать в естественный водоем.

Заключение

Приведенный выше перечень показателей для анализа качества сточных вод и оценки эффективности их очистки можно назвать исчерпывающим. Если вы откроете нормативы, используемые на металлургических заводах, вы увидите там все те же физические показатели (температура, запах, цветность). Обязательно определяется сухой остаток, сульфаты, окисляемость, реакция (рН) и углеводороды.

Для нефтеперерабатывающих заводов расширяется перечень нефтепродуктов, а для текстильных фабрик актуально содержание в сточных водах красителей, аммиака и тяжелых металлов. Что касается хозяйственно-бытовых сточных вод, то их анализ полностью укладывается в предложенный выше алгоритм.

Оценка качественного и количественного состава загрязнителей сточных вод необходима не только для составления плана очистных мероприятий, но и для повышения их эффективности (мы продемонстрировали это на примере некоторых ключевых показателей). Остается лишь пожелать руководителям предприятий и сотрудникам контролирующих служб добросовестно выполнять свою работу и проводить очистку сточных вод в соответствии со всеми требованиями. 

КАК НАС НАЙТИ

ЗАКАЗАТЬ

* - Поля, обязательные для заполнения