Спавы

Наиболее опасны из-за продуктов разложения — неионогенные. Однако все без исключения СПАВ (не говоря уже о жестких) на очистных сооружениях и в природных средах плохо и медленно разрушаются. Оптимальные условия для биохимического окисления: температура выше 10 °С, pH — нейтральная и слабощелочная от 7,0 до 9,0.

При концентрации СПАВ в воде более 0,3-0,5 мг/дм3 наблюдается интенсивное образование пены на поверхности водоемов, приводящее к нарушению кислородного режима и созданию условий, неблагоприятных для развития флоры и фауны.

Кроме того, незначительная концентрация ПАВ: 0,05-0,1 мг/дм3 в речной воде достаточна, чтобы активизировать токсичные вещества, адсорбированные на донных осадках, вовлекаемых в химическую эмульсию.

Загрязнение водоемов происходит не только в результате сброса неочищенных сточных вод, но и сточных вод, прошедших полную биологическую очистку. На очистных сооружениях присутствие СПАВ в очищаемых сточных водах приводит к образованию пены в аэротенках, усилению выноса взвешенных веществ из вторичных отстойников, снижению ферментативной активности ила, сокращению его прироста, а, следовательно, ухудшению качества очистки. Образующаяся в аэротенках пена может достигать нескольких метров, она разносится ветром, мешает работе обслуживающего персонала и является источником гельминтного заражения. Кроме того, наличие СПАВ в сточных водах, поступающих на сооружения биологической очистки, ухудшает процесс первичного отстаивания и подавляет процессы переноса кислорода в клетки микроорганизмов активного ила.

Степень биохимического распада СПАВ различна, зависит от химической структуры их молекул. СПАВ делят на мягкие, промежуточные и жесткие в зависимости от константы скорости окисления. Степень биохимического распада СПАВ определяется экспериментально по потреблению кислорода на их окисление с помощью прибора Варбурга. По степени биохимического распада СПАВ подразделяются на:

1)    биохимически легко окисляемые — «биологически мягкие», для которых биохимическое окисление в течение 6 часов составляет более 25 % по показателю ХПК;

2)    трудно биохимически окисляемые — «биологически жесткие», для которых характерно незначительное или даже полное отсутствие биохимического окисления по показателю ХПК в течение 6 часов;

3)    вещества промежуточной  группы.

В процессе биологической очистки удаляется до 80 % «биологически мягких» СПАВ. Максимальное потребление кислорода «биологически жесткими» СПАВ составляет не более 10 % ХПК, а в процессе очистки они удаляются не более чем на 40 %, главным образом, за счет сорбции активным илом и образования промежуточных продуктов распада. При этом присутствие в сточных водах «биологически жестких» веществ в концентрациях более 10 мг/дм3 ухудшает степень их очистки и вызывает обильное образование пены на поверхности аэротенка. СПАВ промежуточной группы в зависимости от величины химического потребления кислорода удаляются в процессе полной биохимической очистки (от 40 до 80 %). Чем меньше потребление кислорода и соответственно ниже уровень удаления СПАВ, тем больше уровень содержания в очищенных сточных водах промежуточных продуктов распада этих веществ, о чем свидетельствует повышение ХПК очищенных вод. В зависимости от исходной концентрации распад «биологически мягких» СПАВ исчисляется от 0,5 суток до нескольких дней, «биологически жестких» — длится несколько месяцев. Опасность загрязнения сточных и природных вод СПАВами, в первую очередь, связана с их способностью к биоразложению. Устойчивость жестких СПАВ к биохимическому окислению ведет к накоплению их в объектах окружающей среды.

В развитых странах производство и использование «биологически жестких» СПАВ запрещено, в России запрещен только сброс в системы канализации, но из-за отсутствия прямого метода определения это ограничение не выполняется.

Содержание СПАВ в неочищенных городских сточных водах колеблется от 5 до 40 мг/дм3 и обусловливается степенью бытового потребления синтетических моющих средств, неравномерностью расхода воды, а также поступлением в городскую канализацию промышленных сточных вод, загрязненных или лишенных СПАВ. Удаление СПАВ в аэротенках обеспечивается двумя процессами: биохимическим распадом и сорбцией активным илом. Интенсивность сорбции в сравнении с сорбированием, например, металлов очень незначительная.

Биохимическая очистка сточных вод, загрязненных СПАВ, может быть достаточно эффективной в случае содержания в сточных водах «биологически мягких» СПАВ в количестве не более 20-30 мг/дм3.

С точки зрения полноты удаления СПАВ аэротенки эффективнее биофильтров. В аэротенках необходимо поддерживать по возможности высокую дозу активного ила (2-3 г/дм3), так как это способствует интенсификации процесса ферментативного расщепления СПАВ, снижает количество адсорбированных СПАВ на единицу массы активного ила. Одновременно за счет повышения дозы активного ила частично снижается пенообразование, что особенно важно при поступлении со сточными водами недостаточно «мягких» СПАВ.

Учитывая многостадийность распада СПАВ, помимо надлежащего обеспечения кислородом всех стадий процесса, целесообразно при высоких концентрациях СПАВ, присутствующих в сточных водах, осуществлять очистку на сооружениях в две ступени: на первой — в биофильтрах или аэротенках и на второй — в биопрудах. Эффективно СПАВ удаляются на сооружениях доочистки, таких как фильтры «Оксипор», фильтры с цеолитом, кварцевым песком и так далее.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПАВ представляют собой обширную группу соединений, различных по своей структуре, относящихся к разным классам. Эти вещества способны адсорбироваться на поверхности раздела фаз и понижать вследствие этого поверхностную энергию (поверхностное натяжение). В зависимости от свойств, проявляемых СПАВ при растворении в воде, их делят на анионактивные вещества (активной частью является анион), катионактивные (активной частью молекул является катион), амфолитные и неионогенные, которые совсем не ионизируются.

 

Главными факторами понижения их концентрации являются процессы биохимического окисления, сорбция взвешенными веществами и донными отложениями. Степень биохимического окисления СПАВ зависит от их химического строения и условий окружающей среды.

 

С повышением содержания взвешенных веществ и значительным контактом водной массы с донными отложениями скорость снижения концентрации СПАВ в воде обычно повышается за счет сорбции и соосаждения. При значительном накоплении СПАВ в донных отложениях в аэробных условиях происходит окисление микрофлорой донного ила. В случае анаэробных условий, СПАВ, могут накапливаться в донных отложениях и становиться источником вторичного загрязнения водоема.

 

Максимальные количества кислорода (БПК), потребляемые 1 мг/дм3 различных ПАВ колеблется от 0 до 1,6 мг/дм3. При биохимическом окислении СПАВ, образуются различные промежуточные продукты распада: спирты, альдегиды, органические кислоты и др. В результате распада СПАВ, содержащих бензольное кольцо, образуются фенолы.

 

В поверхностных водах СПАВ находятся в растворенном и сорбированном состоянии, а также в поверхностной пленке воды водного объекта.

 

Попадая в водоемы и водотоки, СПАВ оказывают значительное влияние на их физико-биологическое состояние, ухудшая кислородный режим и органолептические свойства, и сохраняются там долгое время, так как разлагаются очень медленно. Отрицательным, с гигиенической точки зрения, свойством ПАВ является их высокая пенообразующая способность. Хотя СПАВ не являются высокотоксичными веществами, имеются сведения о косвенном их воздействии на гидробионтов. При концентрациях 5-15 мг/дм3 рыбы теряют слизистый покров, при более высоких концентрациях может наблюдаться кровотечение жабр.

 

 

 

 

К СПАВ относятся вещества, способные адсорбироваться на поверхностях раздела фаз (вода-воздух) и понижать их поверхностное натяжение.

 

СПАВ могут быть разделены на четыре класса: анионоактивные (активной частью молекул является анион), катионоактивные (активной частью является катион), неионогенные (не ионизируются) и амфотерные, или амфолитные.

 

Деление СПАВ на классы основано на свойствах этих соединений, которые они проявляют в воде при растворении.

 

Анионоактивные СПАВ ионизируются в водном растворе с образованием отрицательно заряженных органических ионов. Из этого класса наиболее широко распространены соли сернокислых эфиров (сульфаты) — их представитель: додецилсульфат натрия и соли сульфокислот (сульфонаты) — их представитель: сульфонол. Анионоактивные СПАВ производятся и применяются в мире в наибольшем количестве, а, следовательно, как правило, составляют основную долю ПАВ в сточных водах.

 

Катионоактивные СПАВ ионизируются в водном растворе с образованием положительно заряженных органических ионов. К ним относятся четвертичные аммониевые соли. Доля в производстве в настоящее время очень мала, однако производство катионоактивных СПАВ в мире растет наиболее быстро. Они используются и содержатся в сточных водах таких отраслей промышленности, как нефтяная, нефтехимическая, химическая автомобильная, авиационная, машиностроение (механическая обработка металлов), целлюлозно-бумажная, строительная, текстильная, мясомолочная, медицинская и биотехнологическая, а также в кожевенном производстве.

 

Неионогенные СПАВ в водном растворе не образуют ионов. Наиболее распространены алкогольэтоксилаты и оксиды жирных аминов. Входят в состав бытовых моющих средств, а также присутствуют в сточных водах текстильной, химической, нефтеперерабатывающей промышленности, в качестве эмульгаторов включаются в состав сельскохозяйственных ядов, очень медленно биохимически разрушаются и при биодеградации могут образовывать устойчивые токсичные вещества, например, при биодеградации алкилфенолэтоксилатов (присутствуют в сточных водах нефтехимической, нефтеперерабатывающей и газовой промышленности) образуются алкилфенолы и их производные.

 

Амфолитные СПАВ ионизируются в водном растворе в зависимости от pH. В кислых водных растворах проявляются катионоактивные свойства, а в щелочных — анионоактивные.

 

Итак, наиболее распространенными являются анионоактивные и неионогенные ПАВ. Производство анионоактивных и неионогенных, а также моющих средств на их основе составляет 95-98 % общего количества вырабатываемых промышленностью СПАВ.

 

 

Синтетические поверхностно-активные вещества. Детергенты (СПАВ) относятся к обширной группе веществ, понижающих поверхностное натяжение воды. Они входят в состав синтетических моющих средств (СМС), широко применяемых в быту и промышленности. Вместе со сточными водами СПАВ попадают в материковые воды и морскую среду. СМС содержат полифосфаты натрия, в которых растворены детергенты, а также ряд добавочных ингредиентов, токсичных для водных организмов: ароматизирующие вещества, отбеливающие реагенты (персульфаты, пербораты), кальцинированная сода, карбоксиметилцеллюлоза, силикаты натрия.

 

В зависимости от природы и структуры гидрофильной части молекулы СПАВ делятся на анионактивные, катионоактивные, амфотерные и неионогенные. Последние не образуют ионов в воде. Наиболее распространенными среди СПАВ являются анионактивные вещества. На их долю приходится более 50% всех производимых в мире СПАВ. Присутствие СПАВ в сточных водах промышленности связано с использованием их в таких процессах, как флотационное обогащение руд, разделение продуктов химических технологий, получение полимеров, улучшение условий бурения нефтяных и газовых скважин, борьба с коррозией оборудования. В сельском хозяйстве СПАВ применяется в составе пестицидов.

 

Соединения с канцерогенными свойствами. Канцерогенные вещества - это химически однородные соединения, проявляющие трансформирующую активность и способность вызывать канцерогенные, тератогенные (нарушение процессов эмбрионального развития) или мутагенные изменения в организмах. В зависимости от условий воздействия они могут приводить к ингибированию роста, ускорению старения, нарушению индивидуального развития и изменению генофонда организмов. К веществам, обладающим канцерогенными свойствами, относятся хлорированные алифатические углеводороды, винилхлорид, и особенно, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ).

 

Максимальное количество ПАУ в современных данных осадках Мирового океана (более 100 мкг/км массы сухого вещества) обнаружено в тентонически активных зонах, подверженным глубинному термическому воздействию. Основные антропогенные источники ПАУ в окружающей среде - это пиролиз органических веществ при сжигании различных материалов, древесины и топлива.

 

Тяжелые металлы. Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк,) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий.

Ртуть переносится в океан с материковым стоком и через атмосферу. При выветривании осадочных и изверженных пород ежегодно выделяется 3,5 тыс.т. ртути. В составе атмосферной пыли содержится около 12 тыс.т. ртути, причем значительная часть - антропогенного происхождения. Около половины годового промышленного производства этого металла (910 тыс.т./год) различными путями попадает в океан. В районах, загрязняемых промышленными водами, концентрация ртути в растворе и взвесях сильно повышается.

 

При этом некоторые бактерии переводят хлориды в высокотоксичную метилртуть. Заражение морепродуктов неоднократно приводило к ртутному отравлению прибрежного населения. К 1977 году насчитывалось 2800 жертв болезни Миномата, причиной которой послужили отходы предприятий по производству хлорвинила и ацетальдегида, на которых в качестве катализатора использовалась хлористая ртуть. Недостаточно очищенные сточные воды предриятий поступали в залив Минамата. Свиней - типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свиней активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйственной деятельности человека. Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Миграционный поток свинца с континента в океан идет не только с речными стоками, но и через атмосферу. С континентальной пылью океан получает (20-30) т. свинца в год.

 

Сброс отходов в море с целю захоронения (дампинг). Многие страны, имеющие выход к морю, производят морское захоронение различных материалов и веществ, в частности грунта, вынутого при дноуглубительных работах, бурового шлака, отходов промышленности, строительного мусора, твердых отходов, взрывчатых и химических веществ, радиоактивных отходов. Объем захоронений составил около 10% от всей массы загрязняющих веществ, поступающих в Мировой океан.

 

Основанием для дампинга в море служит возможность морской среды к переработке большого количества органических и неорганических веществ без особого ущерба воды. Однако эта способность не беспредельна.