Доочистка сточных вод фитомассой наяды мелкозубчатой

выдерживая высокие концентрации ионов меди, ртути, хрома, цинка [4]. Выбор растения для доочистки воды диктуется также климатическими условиями. В умеренных широтах в зимний период использование большинства предлагаемых высших водных растений ограничено, т.к. их фотосинтезирующие части находятся над водой и при пониженных температурах погибают. Поэтому интерес представляют полностью погруженные в воду растения. К таковым относится наяда мелкозубчатая (Najas microdon).

Наяда мелкозубчатая – неприхотливое, легко размножающееся вегетативно растение. Может существовать как в толще воды, так и в укорененном виде. Оптимальный температурный режим жизнедеятельности находится в интервале +12°С до +25°С. Наяда хорошо поглощает биогенные вещества неорганической природы – нитраты, нитриты, фосфаты, ионы аммония [5]. Актуален вопрос о возможности использования наяды мелкозубчатой для доочистки сточных вод от тяжелых металлов, органических веществ.

Цель работы: провести исследование способности поглощения фитомассой наяды мелкозубчатой некоторых металлов, органических веществ ряда фенолов и нафтолов из образцов сточной воды.

Материалы и методы исследования. Объектом нашего исследования являлась фитомасса наяды мелкозубчатой (Najas microdon). Для выявления способности поглощения металлов в весенне-летний период 2010 г. (март-июнь) производился забор образцов сточных вод после первичного отстойника очистных сооружений МП «Самараводоканал». В исследуемых образцах сточных вод определяли содержание металлов – железа, цинка, меди, никеля, алюминия методом атомно-эмиссионной спектрометрии в соответствии с нормативно-техническим документом [6]; прибор – эмиссионный спектрометр с индуктивно-связанной плазмой Optima 4000. Исследовали динамику поглощения вышеуказанных металлов фитомассой наяды мелкозубчатой из образцов сточных вод. Экспозиция фитомассы в образцах сточных вод составляла 12 часов; отбор проб воды производили с интервалом 3 часа; содержание фитомассы в сточной воде – 5 и 10 г/л.

Из числа наиболее распространенных фенольных компонентов сточных вод для эксперимента нами были выбраны фенол, о- крезол, м- аминофенол, тимол, пирокатехин, гидрохинон, резорцин, 1-нафтол и 2-нафтол. Для исследования динамики поглощения фенольных соединений фитомассу наяды мелкозубчатой из расчета 5 г на 1 л раствора (сырой вес) помещали в водные растворы указанных веществ с концентрацией 50 мг/л. Отбор проб воды проводили с интервалом в 1 сутки в течение нескольких дней. Количественное определение содержания фенольных соединений в водных растворах проводили с помощью фотометрического метода, основанного на образовании окрашенных соединений фенола, его производных и гомологов с 4-аминоантипирином в присутствии калия гексацианоферрата (III) в щелочной среде [2]. Параллельно проводили анализ проб воды «контрольных» растворов органических веществ (без наяды мелкозубчатой) с такими же концентрациями.

Интенсивность поглощения органического вещества рассчитывали как разницу между концентрациями вещества в «контрольном» и опытном растворах. Таким образом учитывали естественную убыль растворенного загрязнителя (аутоокисление). Среднюю интенсивность поглощения фенольного соединения рассчитывали как отношение количества вещества, поглощенного за все время эксперимента 1 г фитомассы, к времени прохождения эксперимента (в сутках).

Результаты и их обсуждение. В отобранных образцах сточных вод диапазон исходных концентраций металлов был следующим: Fe (общее) – 0,257-0,672 мг/л; Zn – 0,0611-0,1010 мг/л; Cu – 0,0110-0,0520 мг/л; Ni – 0,0026-0,0042 мг/л; Al – 0,1680-0,4090 мг/л. Группа измерений при плотности фитомассы наяды мелкозубчатой 5 г/л составила 8 серий, при плотности 10 г/л – 5 серий. Результаты измерения концентраций металлов (средние величины) в образцах сточных вод на различных этапах времени экспозиции в них фитомассы наяды мелкозубчатой представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1. Динамика поглощения металлов из сточной воды наядой мелкозубчатой при плотности фитомассы 5 г/л.

Таблица 2. Динамика поглощения металлов из сточной воды наядой мелкозубчатой при плотности фитомассы 10 г/л.

Для всех рассмотренных случаев наблюдается положительная динамика поглощения металла фитомассой наяды мелкозубчатой. Основное количество загрязнителя поглощается в первые 6 часов эксперимента. Максимальное поглощение в первые 3 часа характерно для Fe, Zn и Ni при плотности фитомассы 5 г/л; для Cu – при 10 г/л; для Al – при 5 и 10 г/л. Максимальное поглощение на момент 6 часов экспозиции характерно для Fe, Zn и Ni при плотности фитомассы 10 г/л; для Cu – при 5 г/л. Некоторое увеличение концентрации металлов в образцах сточных вод наблюдается после 9 часов экспозиции фитомассы наяды мелкозубчатой.

Установлено, что присутствие наяды мелкозубчатой способствует интенсивному снижению концентрации фенольных соединений в водных растворах. Из табл. 3 видно, что скорость извлечения неодинакова и зависит от природы фенола. Двухатомные фенолы поглощаются быстрее, чем монофенолы. Поглощение нафтолов наядой несколько менее эффективно, чем двухатомных фенолов, но тоже достаточно велико. Установлено также, что снижение концентраций фенольных соединений в растворах с наядой мелкозубчатой значительно выше, чем в контрольных растворах без растения. Скорости превращения фенольных соединений и нафтолов наядой мелкозубчатой превосходят скорости аутоокисления в среднем в 1,5-6 раз. Наблюдения показали, что при окислении пирокатехина, 1- и 2-нафтолов наядой мелкозубчатой образуются окрашенные вещества. Предположили, что образуется смесь различных продуктов конденсации фенолов и хинонов. Экспонирование наяды в растворах 1-нафтола и 2-нафтола на 10 сутки привело к появлению начальных признаков хлороза. После эксперимента растение не восстанавливалось и примерно на 14 сутки погибало. При экспонировании наяды в растворе пирокатехина на 9 сутки наблюдали изменение внешнего вида растения: появились признаки нежизнеспособности, яркозеленая окраска сменилась на бурую, растение выглядело как будто «обожженным». Примерно на 12 сутки растение погибало. В растворах других фенольных соединений изменений внешнего вида наяды мелкозубчатой не наблюдали. Сильное токсичное действие орто-изомера двухатомных фенолов пирокатехина позволяет предположить наличие у наяды мелкозубчатой о-дифенолоксидазы. Окисление пирокатехина приводит к образованию о-бензохинона, обладающего выраженным токсичным действием на живые системы [7]. Для подтверждения этого предположения необходимо проведение дополнительных исследований.

Таблица 3. Результаты исследования поглощения фенольных соединений наядой мелкозубчатой из водных растворов с концентрацией 50 мг/л

Выводы: проведенные эксперименты показали положительную динамику поглощения наядой мелкозубчатой металлов, фенолов и нафтолов. Основное количество металлов из сточной воды поглощается в первые 6 часов эксперимента. Из фенольных соединений наиболее эффективно наяда мелкозубчатая поглощает из водных растворов фенол, о- крезол, пирокатехин, гидрохинон, резорцин, 1- и 2-нафтолы. Установлено, что пирокатехин, 1- и 2-нафтолы в концентрации 50 мг/л оказывают губительное действие на наяду мелкозубчатую, что необходимо учитывать при залповых сбросах сточных вод, содержащих названные соединения. Полученные результаты указывают на возможность и целесообразность использования наяды мелкозубчатой для проведения доочистки сточных вод, содержащих такие металлы как Fe, Zn, Cu, Ni, Al, а также органические вещества – фенол, о- крезол, пирокатехин, гидрохинон, резорцин, 1- и 2-нафтолы, тимол и м- аминофенол.