Влияние толуола на сточную воду

Глава 1

Теоретическая часть

1.1 Общие понятия о сточной воде

     Сточные воды - загрязнённые бытовыми отбросами  и производственными отходами и  удаляемые с территорий населённых мест и промышленных предприятий  системами канализации. К сточным  относят также воды, образующиеся в результате выпадения атмосферных осадков в пределах территорий населённых пунктов и промышленных объектов. Содержащиеся в сточных водах органические вещества, попадая в значительных количествах в водоёмы или скапливаясь в почве, могут быстро загнивать и ухудшать санитарное состояние водоёмов и атмосферы, способствуя распространению различных заболеваний. Поэтому вопросы очистки, обезвреживания и утилизации сточных вод являются неотъемлемой частью проблемы охраны природы, оздоровления окружающей человека среды и обеспечения санитарного благоустройства городов и др. населённых мест.

     Классификация и состав сточных вод в зависимости  от происхождения, состава и качественных характеристик загрязнений (примесей), сточные воды подразделяются на 3 основных категории:

1.      бытовые (хозяйственно-фекальные),

2.      производственные (промышленные),

3.      атмосферные.

     К бытовым сточным водам относят  воды, удаляемые из туалетных комнат, ванн, душевых, кухонь, бань, прачечных, столовых, больниц. Они загрязнены в основном физиологическими отбросами и хозяйственно-бытовыми отходами. Производственными сточными водами являются воды, использованные в различных технологических процессах (например, для промывки сырья и готовой продукции, охлаждения тепловых агрегатов и т.п.), а также воды, откачиваемые на поверхность земли при добыче полезных ископаемых.

     Производственные  сточные воды ряда отраслей промышленности загрязнены главным образом отходами производства, в которых могут  находиться ядовитые вещества (например, синильная кислота, фенол, соединения мышьяка, анилин, соли меди, свинца, ртути и др.), а также вещества, содержащие радиоактивные элементы; некоторые отходы представляют определенную ценность (как вторичное сырьё). В зависимости от количества примесей производственные сточные воды. подразделяют на:

·        загрязнённые, подвергаемые перед выпуском в водоём (или перед повторным использованием) предварительной очистке,

·        условно чистые (слабо загрязнённые), выпускаемые в водоём (или вторично используемые в производстве) без обработки.                 

 Атмосферные  сточные воды - дождевые и талые  (образующиеся в результате таяния  льда и снега) воды. По качественным  характеристикам загрязнений к  этой категории относят также  воды от поливки улиц и зелёных насаждений. Атмосферные сточные воды, содержащие преимущественно минеральные загрязнения, менее опасны в санитарном отношении, чем бытовые и производственные сточные воды.

     Степень загрязнённости сточных вод оценивается концентрацией примесей, т. е. их массой в единице объёма (в мг/л или г/м³).

     Состав  бытовых сточных вод более или менее однообразен; концентрация загрязнений в них зависит от количества расходуемой (на одного жителя) водопроводной воды, т. е. от нормы водопотребления. Загрязнения бытовых сточных вод обычно подразделяют на:

·        нерастворимые, образующие крупные взвеси (в которых размеры частиц превышают 0,1 мм),

·        суспензии, эмульсии и пены (в которых размеры частиц составляют от 0,1 мм до 0,1 мкм),

·        коллоидные (с частицами размером от 0,1 мкм до 1 нм), растворимые (в виде молекулярно-дисперсных частиц размером менее 1 нм).

Различают загрязнения бытовых сточных  вод:

·        минеральные,

·        органические,

·        биологические.

     К минеральным загрязнениям относятся песок, частицы шлака, глинистые частицы, растворы минеральных солей, кислот, щелочей и многие др. вещества.

     Органические  загрязнения бывают растительного  и животного происхождения. К  растительным относятся остатки  растений, плодов, овощей, бумага, растительные масла и пр. Основной химический элемент растительных загрязнений - углерод. Загрязнениями животного происхождения являются физиологические выделения людей и животных, остатки тканей животных, клеевые вещества и пр. Они характеризуются значительным содержанием азота.

     К биологическим загрязнениям относятся  различные микроорганизмы, дрожжевые  и плесневые грибки, мелкие водоросли, бактерии, в том числе болезнетворные (возбудители брюшного тифа, паратифа, дизентерии, сибирской язвы и др.). Этот вид загрязнений свойствен не только бытовым сточным водам, но и некоторым видам производственных сточных вод, образующимся, например, на мясокомбинатах, бойнях, кожевенных заводах, биофабриках и т.п. По своему химическому составу они являются органическими загрязнениями, но их выделяют в отдельную группу ввиду санитарной опасности, создаваемой ими при попадании в водоёмы.

     В бытовых сточных водах минеральных  веществ содержится около 42% (от общего количества загрязнений), органических - около 58%; осаждающиеся взвешенные вещества составляют 20%, суспензии - 20%, коллоиды - 10%, растворимые вещества - 50%. Количество бытовых сточных вод зависит в основном от нормы водоотведения, которая, в свою очередь, определяется степенью благоустройства зданий.

     Состав  и степень загрязнённости производственных сточных вод весьма разнообразны и зависят главным образом от характера производства и условий использования воды в технологических процессах.

     В естественных условиях химический состав вод регулируется природными процессами. Поддерживается равновесие между поступлением химических веществ в воду и выведением и нее. Однако антропогенный фактор обусловливает попадание в гидросферу огромного количества сточных вод, содержащих отходы промышленности и сельскохозяйственного производства, коммунально-бытовые стоки, что в конечном счете ухудшает качество воды.

     Качество  воды - это характеристика состава  и свойств воды, определяющая ее пригодность для конкретных видов  водопользования. Качество воды оценивается  комплексом разнообразных показателей. Основными показателями качества воды являются цветность, запах и вкус, жесткость и щелочность, содержание железа, марганца и некоторых других элементов.

     Водные  объекты считаются загрязненными, если состав или состояние их вод  изменены в результате деятельности человека до такой степени, что они стали непригодными для целей, которым они служили до начала их использования человеком. Веществом, загрязняющим воду, является каждое соединение, вызывающее нарушение норм качества воды.

     Под засорением поверхностных природных вод следует понимать поступление в водные объекты нерастворимых предметов, например, древесины, металлолома, шлака, строительного мусора и др.

     В прошлом загрязненных сточных вод  было сравнительно мало, они имели  преимущественно коммунально-бытовое происхождение. Такие воды многократно разбавлялись большим количеством чистой воды рек, а процессы самоочищения освобождали воды от загрязняющих веществ. В настоящее время положение изменилось. Индустриализация стран, увеличение количества населенных пунктов, интенсификация и химизация сельского хозяйства привели к резкому увеличению водопотребления и сброса сточных вод. Количество сочных вод увеличилось во много раз, состав загрязняющих веществ тоже изменился.

    В ХХ резко возросло количество всевозможных отходов антропогенного характера, что привело к массовому интенсивному загрязнению рек, морей и океанов. Ежегодно речной сток выносит в Мировой океан 2,3 млн. т свинца, 1,6 млн. т марганца, 6,5 млн. т фосфора, 230 млн. т железа. В реки сбрасывают серную кислоту и ее соли, фенолы, пестициды, ПАВы, ядохимикаты, радиоактивные отходы. Качество природных вод во многих районах Земли ухудшилось настолько, что их использовать для водоснабжения невозможно.

    1.2 Краткие сведения о толуоле

    Толуо́л (от исп. Tolu, толуанский бальзам), метилбензол — бесцветная жидкость с характерным запахом, простейший алкиларен.

    

    Толуол получен впервые П. Пельтье в 1835 при перегонке сосновой смолы. В 1838 выделен А. Девилем из бальзама, привезенного из города Толу в Колумбии, в честь которого получил свое название.

    Общая характеристика

    Бесцветная  подвижная летучая жидкость с  резким запахом, проявляет слабое наркотическое действие. Смешивается в неограниченных пределах с углеводородами, многими спиртами и эфирами, не смешивается с водой. Показатель преломления света 1,4969 при 20 °C. Горюч, сгорает коптящим пламенем.

    Опасность и обращение

    Пары  могут проникать через неповрежденную кожу и органы дыхания, вызывать поражение  нервной системы (заторможенность, нарушения в работе вестибулярного аппарата), в том числе необратимое. Поэтому работать с толуолом и  растворителями, в состав которых  он входит, необходимо в прочных резиновых перчатках в хорошо проветриваемом помещении или под тягой.

    Пожароопасен, легковоспламеняющаяся жидкость. Концентрационные пределы взрываемости паровоздушной  смеси 1,3 — 6,7 %. Обладает слабым наркотическим действием.

    Согласно  другим источникам, (САНПИН, меры предосторожности при работе с летучими органическими  растворителями) — Толуол (метилбензол) — является сильно токсичным ядом, влияющим на функцию кроветворения организма, также, как и его предшественник, бензол. Нарушение кроветворения проявляется в цианозе, гипоксии. Существует также толуольная токсикомания, которая имеет и канцерогенное влияние. В целом, бензольные углеводороды очень токсичны, длительное их воздействие может привести к необратимым поражениям ЦНС, кроветворных органов, и создать предпосылки для возникновения энцефалопатии.

1.3 Методы очистки промышленных сточных вод

Для очистки  сточных вод от нефтепродуктов применяют:

· механические;

· физико-химические;

· химические;

· биологические  методы.

     Из  механических практическое значение имеют отстаивание, центрифугирование и фильтрование; из физико-механических - флотация, коагуляция и сорбция; из химических - хлорирование и озонирование. Далее подробнее рассмотрим коагуляцию, флокуляцию и аэрацию.

1.3.1 Коагуляция воды

     Коагулирование  примесей воды - процесс укрупнения коллоидных и диспергированных частиц, происходящий вследствие их слипания. Коагулирование (коагуляция) завершается  образованием видимых невооруженным  глазом хлопьев и выпадением их в  осадок при отстаивании. В результате коагуляции вода становится прозрачнее, обесцвечивается.

     Чаще  всего природная вода имеет примеси  в виде глины и гумусовых или  гуминовых веществ - продуктов распада  растений. Эти частицы при столкновении друг с другом или с частицами контактной массы обычно взаимно отталкиваются, так как обладают агрегативной устойчивостью (АУ). АУ большинства примесей воды обусловлена электростатическими силами отталкивания, т.е. электрическим зарядом за счет наличия вокруг частиц двойного электронного слоя, состоящего из противоположно заряженных ионов. Непосредственно на поверхности частиц расположен адсорбционный слой из отрицательно заряженных ионов, а вокруг находится диффузный слой из положительно заряженных ионов H⁺, Na⁺, K⁺.

     Примеси в природных водах по своей химической природе являются амфолитами, т.е. веществами, обладающими амфотерными свойствами. Для каждого амфотерного вещества существует значение рН среды (рН изоэлектрической точки - рН ИТ), при котором заряд частицы равен нулю. Чем больше разница между рН среды и рН ИТ амфолита, тем больше величина заряда и соответственно агрегативная устойчивость. Например, для глины рН ИТ равен 5, гуминовых веществ - 3,5-4,5, а большинство природных вод имеют рН 6,5-7,5. В этих условиях примеси воды обладают отрицательным зарядом и имеют высокую агрегативную устойчивость.

     Для обеспечения коагуляции необходимо нарушить АУ, т.е. свести заряд частицы  до минимума. Известно, что частицы  гумуса и глины способны к обменной адсорбции катионов диффузного слоя на 2-х и 3-х валентные катионы. При поглощении амфолитами из воды катионов Ca²⁺, Mg²⁺ их устойчивость понижается. В еще большей степени их устойчивость снижается при адсорбции катионов Al³⁺ и Fe³⁺. Поэтому в практике коммунального водоснабжения для снижения агрегативной устойчивости соединений воды применяются коагулянты, содержащие, в основном, 3-х валентные катионы: сернокислый глинозем, железный купорос, хлорное железо и высокомолекулярные флокулянты (ВА-2, полиакриламид).