Шунгит и цеолит для обезвреживания сточных вод
Автор: Тремасова А.М., Ларина Ю.В.
Статья в выпуске: 3 т.243, 2020 года.
Бесплатный доступ
Представлены результаты оценки эффективности использования сорбентов шунгита и цеолита для очистки сточных вод из очистных сооружений. С этой целью пробы сточной воды пропускали через слои шунгито-цеолитового фильтра, после чего проведена оценка ее физико-химических свойств, санитарно-микробиологических показателей, содержания токсичных элементов. Установлено, что исходные образцы сточных вод по большинству из анализируемых показателей не соответствовали установленным нормам. После очистки сточной воды с использованием шунгито-цеолитового фильтра отмечены положительные сдвиги по большинству из оцениваемых показателей. При этом отмечалось снижение запаха, мутности и цветности до предельно допустимого уровня. Содержание активного хлора, хлоридов и железа снижалось на 94,1; 97,5 и 97,6 % соответственно. Концентрация ионов аммония уменьшалась на 99,9 %, при значительном превышении данного показателя в исходном образце. Количество токсичных элементов в исследуемых пробах не превышало предельно допустимых концентраций. Общее микробное число проб исходной сточной воды составило 4,2х10 КОЕ/см , количество стафилококков - 3,4х10 КОЕ/см , индекс бактерий группы кишечной палочки составил более 10000 микробных клеток/л. После фильтрации общее микробное число исследуемых проб сточной воды составило 6,0х102; патогенная микрофлора не обнаружена, индекс бактерий группы кишечной палочки - менее 10 клеток/л. Показано, что использование природных сорбентов шунгита и цеолита способствует значительному улучшению качества сточной воды по большинству анализируемых показателей, включая микробиологические.
Сорбенты, шунгит, цеолит, сточные воды, очистка, обезвреживание
Короткий адрес: https://sciup.org/142226018
IDR: 142226018 | УДК: 616:63.631.9 | DOI: 10.31588/2413-4201-1883-243-3-257-261
Shungit and zeolite for wastewater disposal
The results of evaluating the effectiveness of using sorbents of shungite and zeolite for wastewater treatment from treatment facilities are presented. For this purpose, wastewater samples were passed through the layers of a schungite-zeolite filter, after which their physical and chemical properties, sanitary and microbiological parameters, and the content of toxic elements were evaluated. It was found that the initial wastewater samples for most of the analyzed indicators did not meet the established standards. After wastewater treatment using a schungite-zeolite filter, positive shifts were noted in most of the evaluated indicators. At the same time, there was a decrease in odor, turbidity and color to the maximum permissible level. The content of active chlorine, chlorides, and iron decreased by 94.1; 97.5 and 97.6 %, respectively. The concentration of ammonium ions decreased by 99.9 % with a significant excess of this indicator in the original sample. The amount of toxic elements in the studied samples did not exceed the maximum permissible concentrations. The total microbial number of samples of the initial wastewater was 4.2x106 CFU / cm3, the number of staphylococci was 3.4x102 CFU / cm3, the bacteria index of the group of Escherichia coli was more than 10,000 microbial cells / l. After filtration, the total microbial number of the studied wastewater samples was 6.0x10 ; pathogenic microflora was not detected, the index of bacteria of the group of Escherichia coli is less than 10 cells / l. It is shown that the use of natural sorbents of shungite and zeolite contributes to a significant improvement in the quality of wastewater according to most of the analyzed parameters, including microbiological ones.
Текст научной статьи Шунгит и цеолит для обезвреживания сточных вод
Бурное развитие промышленности, транспорта, энергетики, сельского хозяйства в XXI веке привели к тому, что антропогенное воздействие на окружающую среду приобрело глобальный характер [6, 12, 14]. Без воды не может функционировать ни один город, ни одно предприятие. Использованные для различных целей во- ды, загрязняются, становятся не пригодными для дальнейшего применения, так образуются сточные воды [1, 13]. Сточные воды характеризуются содержанием токсичных элементов, нефтепродуктов, биогенов и массы других загрязняющих веществ. Поступление таких стоков в водные объекты изменяет химический состав воды, микроорганизмов, биохимический режим водных объектов. Все это приводит к ухудшению экологического состояния водных объектов [15]. Для повторного использования, а также для выпуска в водоёмы, сточные воды должны быть обезврежены.
Для обезвреживания сточных вод, в зависимости от степени загрязнённости и наличия средств, применяют различные методы. Особое внимание привлекают методы, основанные на применении сорбентов [2]. Процессы сорбционного связывания различных органических веществ получили широкое применение для решения экологических проблем, связанных с очисткой промышленных и бытовых сточных вод.
Целью исследования явилась оценка эффективности применения сорбентов шунгита и цеолита для обезвреживания сточных вод.
Материал и методы исследований. Исследования проведены в отделе токсикологии ФГБНУ «ФЦТРБ-ВНИВИ». Для эксперимента были использованы сорбенты шунгит Зажогинского месторождения (ТУ 5714-007-12862296-01) и цеолит Татарско-Шатрашанского месторождения, предоставленные Ибрагимовым Н.Н. (ООО «Татинвест»).
Шунгит Зажогинского месторождения представляет собой природный композит, состоящий на 30 % из шунгитового углерода, 70 % силикатных минералов, 20 % слюды и 3 % сульфитов. Химический состав шунгита Зажогинского месторождения (масс.%): SiO 2 – 57,0; TiO 2 – 0,2; Al 2 O 3 – 4,0; FeO – 2,5; MgO – 1,2; CaO – 0,3; Na 2 O – 0,2; K 2 O – 1,5; S – 1,2; C – 30,0; H 2 O крист – 1,7. Породы данного месторождения в достаточной степени стабильны по составу. В опыте использован шунгит в виде щебня, с размером фракций 10-15 мм.
Минеральный состав цеолитсодер-жащей породы Татарско-Шатрашанского месторождения, используемой в эксперименте: клиноптилолит 19-22 %, опал-кристобалит 46-48 %, глинистые минералы 8-11 %, кальцит 20-23 %, кварц 1-3 %, полевой шпат 1 %. Содержание цеолитов в породе не менее 20%. Химический состав породы (масс.%): SiO 2 – 52-56; TiO 2 – 0,3; Al 2 O 3 – 5-6; Fe 2 O 3 – 2,3; MgO – 1,26; CaO – 14,9; Na 2 O – 0,14; K 2 O – 1,24; Р 2 О 5 – 0,11. В эксперименте использован цеолит с размером фракций 8-10 мм.
Для проведения исследования использовали образцы проб сточной воды, отобранные с очистных сооружений [4]. Проведена ее фильтрация через фильтр, представляющий собой две пластиковые емкости, помещенные одна в другую, в днище внутренней емкости имеются отверстия для стекания фильтрируемых вод, наружная емкость снабжена штуцером с краном для стекания профильтрованной воды. Внутренняя емкость на 4/5 объема была заполнена сорбентами шунгитом и цеолитом, разделенными между собой пористой перегородкой. Скорость фильтрации составила 1,5 л/мин. Объем сточной воды, подвергшейся фильтрации составил 20 литров.
Физико-химический анализ воды проводили согласно МР ПНД Ф 12.16.1-10, 14.1:2:3:4.121-97, 14.1:2.159-2000, 14.1:2.395, 14.1:2.96-97 [3, 7-10]. Содержание токсичных элементов определяли атомноадсорбционным методом на анализаторе ААС PerKen Elmer «AAnalyst» [11]. Микробиологические исследования проб сточной воды проводили, руководствуясь методическими указаниями МУК 4.2.1884-04 [5].
Результаты исследований. Исследования показали, что изначально сточная вода по большинству из анализируемых показателей не соответствовала установленным нормам. Результаты анализа образцов сточной воды до и после ее фильтрации представлены в таблице 1.
Так, запах соответствовал 4 баллам, (выше нормы в 2 раза), цветность – 389,2 град (превышение нормы в 11 раз), мутность – 25,2 ЕМФ (норма до 3,5 ЕМФ).
Содержание железа составило 4,1 мг/дм3, хлоридов – 392 мг/дм3 при норме 0,3 и 350 мг/дм3 соответственно. Количество ионов аммония в исходной воде составило 148,87 мг/дм3, в то время как по нормативам их содержание не должно превышать 1,5 мг/дм3. Показатель стабильности был ниже установленной минимальной нормы на 48,1%.
После того, как была проведена фильтрация проб сточной воды через шунгито-цеолитовый фильтр, наблюдались положительные сдвиги по большинству из изучаемых показателей.
При этом запах ослабевал и был равен 1 баллу, показатели мутности и цветности снизились до уровня норм и составили соответственно 2,5 ЕМФ и 20 град. Водородный показатель сместился в нейтральную сторону. Содержание активного хлора, хлоридов и железа снизилось на 94,1; 97,5 и 97,6 % соответственно. Концентрация ионов аммония, при значительном превышении данного показателя в исходном материале, уменьшалась на 99,9 %, и составила 0,038 мг/дм3. Стабильность воды после фильтрации возросла до уровня нормы. Количество токсичных элементов в сточных водах как до, так и после фильтрации не превышало предельнодопустимого уровня.
Общее микробное число проб исходной сточной воды составило 4,2х106 КОЕ/см3, патогенные микроорганизмы обнаружены не были, содержание стафилококков – 3,4х102 КОЕ/см3, индекс бактерий группы кишечной палочки составил более 10000 микробных клеток/л.
Таблица1 – Результаты анализа сточной воды до и после фильтрации
|
Наименование показателя, ед. изм. |
Результаты анализа |
|
|
До фильтрации |
После фильтрации |
|
|
Запах, балл |
4 |
1 |
|
Цветность, град |
389,2 |
20 |
|
Мутность, ЕМФ |
25,2 |
2,5 |
|
Водородный показатель, ед |
7,42 |
7,03 |
|
Хлориды, мг/дм3 |
392 |
0,49 |
|
Ост. акт. хлор, мг/дм3 |
0,34 |
0,02 |
|
Железо, мг/дм3 |
4,1 |
0,1 |
|
Ионы аммония, мг/дм3 |
148,87 |
0,038 |
|
Нитриты, мг/дм3 |
0 |
0 |
|
Нитраты, мг/дм3 |
0 |
0 |
|
Сульфаты, мг/дм3 |
134,17 |
134,17 |
|
Фосфаты, мг/дм3 |
0,01 |
0,0075 |
|
Фториды, мг/дм3 |
0,58 |
0,4 |
|
Перманганатная ок-ть, мг О 2/ /дм3 |
2,59 |
0,69 |
|
Стабильность, % |
54,0 |
86,0 |
|
Кальций, мг/дм3 |
119,03 |
119,03 |
|
Магний, мг/дм3 |
25,05 |
25,05 |
|
Кадмий, мг/л |
0,002 |
- |
|
Мышьяк, мг/л |
0,05 |
0,001 |
|
Ртуть, мг/л |
0,0025 |
0,001 |
|
Цинк, мг/л |
0,21 |
0,18 |
|
Свинец, мг/л |
0,08 |
0,009 |
|
Медь, мг/л |
0,30 |
0,10 |
После фильтрации микробная обсе-мененность исследуемых проб сточной воды составила 6,0х102; патогенная микрофлора не обнаружена, индекс бактерий группы кишечной палочки – менее 10 микробных клеток/л.
Заключение. В ходе исследований установлено, что использование природных сорбентов шунгита и цеолита способствует значительному улучшению качества сточных вод по большинству анализируемых показателей, включая микро- биологические.
Резюме
Представлены результаты оценки эффективности использования сорбентов шунгита и цеолита для очистки сточных вод из очистных сооружений. С этой целью пробы сточной воды пропускали через слои шунгито-цеолитового фильтра, после чего проведена оценка ее физико-химических свойств, санитарно-микробиологических показателей, содержания токсичных элементов. Установлено, что исходные образцы сточных вод по большинству из анализируемых показателей не соответствовали установленным нормам. После очистки сточной воды с использованием шунгито-цеолитового фильтра отмечены положительные сдвиги по большинству из оцениваемых показателей. При этом отмечалось снижение запаха, мутности и цветности до предельно допустимого уровня. Содержание активного хлора, хлоридов и железа снижалось на 94,1; 97,5 и 97,6 % соответственно. Концентрация ионов аммония уменьшалась на 99,9 %, при значительном превышении данного показателя в исходном образце. Количество токсичных элементов в исследуемых пробах не превышало предельно допустимых концентраций. Общее микробное число проб исходной сточной воды составило 4,2х106 КОЕ/см3, количество стафилококков – 3,4х102 КОЕ/см3, индекс бактерий группы кишечной палочки составил более 10000 микробных клеток/л. После фильтрации общее микробное число исследуемых проб сточной воды составило 6,0х102; патогенная микрофлора не обнаружена, индекс бактерий группы кишечной палочки – менее 10 клеток/л. Показано, что использование природных сорбентов шунгита и цеолита способствует значительному улучшению качества сточной воды по большинству анализируемых показателей, включая микробиологические.
Список литературы Шунгит и цеолит для обезвреживания сточных вод
- Большой энциклопедический словарь / Прохоров А.М. - М.: Изд-во "Большая Российская энциклопедия" - 2-е изд., перераб. и дополн. - 1997. - 1456 с.
- Иванов, А.А. Природные минералы в очистке сточных вод / А.А. Иванов, Л.Е. Матросова, А.М. Тремасова // "Биотехнология: состояние и перспективы развития": матер. VIII Московского Международного Конгресса. ЗАО "Экспобиохимтехнологии", РХТУ им. Д.И. Менделеева. - 2015. - С. 318-319.
- МР ПНД Ф 12.16.1-10 Определение температуры, запаха, окраски (цвета) и прозрачности в сточных водах, в том числе очищенных сточных, ливневых и талых. Москва, 2015. - 12 с.
- МУ ПНД Ф 12.15.1-08 Методические указания по отбору проб для анализа сточных вод. - Москва, 2015. - 30 с.
- МУК 4.2.1884-04 Методы контроля. Биологические и микробиологические факторы. Санитарномикробиологический и санитарнопаразитологический анализ воды поверхностных водных объектов. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2005. - 75 с.
- Папуниди, К.Х. Диоксины: опасность, профилактика и лечение токсикозов, перспективы исследования / К.Х. Папуниди, М.Я. Тремасов, В.А. Новиков [и др.] // Ветеринарный врач. - 2010. - № 5. -С. 25-29.
- ПНД Ф 14.1:2.159-2000 Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации сульфат-ионов в пробах природных и сточных вод турбидиметрическим методом. Москва, 2005. - 14 с.
- ПНД Ф 14.1:2.3-95 Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации нитрит-ионов в природных и сточных водах фотометрическим методом с реактивом Грисса. Москва, 2004. - 22 с.
- ПНД Ф 14.1:2.96-97 Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации хлоридов в пробах природных и очищенных сточных вод аргенто-метрическим методом. Москва, 2004. - 19 с.
- ПНД Ф 14.1:2:3:4.121-97 Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений рН в водах потенциометрическим методом. Москва, 2004. - 14 с.
- ПНД Ф 14.1:2:4.137-98 Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовых концентраций магния, кальция, стронция в питьевых, природных и сточных водах методом атомно-абсорбционной спектрометрии. Москва, 2009. - 21 с.
- Рахманин, Ю.А. Актуализация проблем экологии человека и гигиена окружающей среды и пути их решения / Ю.А. Рахманин // Гигиена и экология. -2012. - № 5. - С. 4-8.
- Рациональное использование и охрана окружающей среды городов / Л.В. Бахирева [и др.] - М.: Наука, 1989. - 93 с.
- Смирнова, И.Р. Антропогенное воздействие отходов животноводства на окружающую среду / И.Р. Смирнова, М.Г. Киселева // Ветеринария. - 2011. - № 11. -С. 45-49.
- Экология: Учебное пособие для студентов вузов / Г.В. Стадницкий, А.И. Радионов. - М.: Высш. Шк., 1988. - 272 с.
