Поверхностно-активными веществами при помощи

Биоинженерных технологий

Синтетические поверхностно-активные вещества (далее – СПАВ) являются обязательным компонентом современных промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод, в том числе и прошедших полную биологическую очистку, эффективность которой составляет 48-80 %, а в зимний период – лишь 20 %. Некоторые из этих веществ способны оказывать отрицательное влияние на процессы биологической очистки сточных вод. Существенный вклад в поступление СПАВ в водные объекты также вносят ливневые стоки с территорий городов, промышленных объектов и сельскохозяйственных угодий. Содержание детергентов в них может достигать нескольких десятков грамм на дм³, в то время как предельно допустимые концентрации в поверхностных водах составляют 0,1 –0,5 мг/дм³.

Следы СПАВ обнаруживаются даже в воде многих городских водопроводов, поскольку при подготовке для хозяйственно-питьевых целей вода от них практически не очищается. По такому показателю как СПАВ вода, выходящая с типовых очистных сооружений, не соответствует не только нормативам ПДК_р.х., но и ПДК_о.с..

Биоинженерные сооружения, основанные на процессе биохимической деструкции СПАВ, сопровождающейся окислением их гетеротрофными микроорганизмами до простых веществ (углекислоты и воды), обладают целым комплексом достоинств, что делает их весьма привлекательным методом защиты вод от широкого спектра загрязняющих веществ, в том числе от СПАВ. Процесс этот протекает при наличии достаточного количества растворённого в воде кислорода и питательных веществ, обеспечиваемых наличием в водных объектах высшей водной растительности. Многофункциональность свойств высшей водной растительности позволяет сделать очистку и доочистку загрязнённых вод управляемой.

Поскольку применение гидроботанического способа для снижения содержания СПАВ в природных водах представляется весьма перспективным, были проведены исследования по изучению снижения содержания их в воде в присутствии трёх видов наиболее распространённой на Среднем Урале высшей водной растительности: воздушно-водной (рогоз узколистный Typha angustifolia L.), свободноплавающей (ряска малая Lemna L.) и погружённой (элодея канадская Elodea canadensis M. и рдест гребенчатый Potamogeton pectiatus L.).

Данные виды растительности отличаются высокой устойчивостью к разнообразным загрязняющим веществам. Однако для определения граничных пределов применения биоинженерных сооружений с рассматриваемыми видами растений по стандартной методике был определён порог токсичности по содержанию СПАВ в воде. Установлено, что для погружённой растительности концентрация СПАВ в воде не должна превышать 15 мг/дм³, а для свободноплавающей и воздушно-водной – 25 мг/дм³.

По результатам исследований наибольшая степень снижения содержания СПАВ в воде (до 99 % от исходного количества) выявлена в присутствии погружённой (элодея канадская) и воздушно-водной (рогоз узколистный) высшей водной растительности, а также доказана эффективность применения этих видов макрофитов в качестве загрузки в биоинженерных сооружениях для защиты природных водных объектов от загрязнения СПАВ.

В целом все рассмотренные системы, за исключением контрольных, включающих донные отложения и природную воду без растительности, характеризуются высокой самоочищающей способностью (табл. 1). Снижение содержания СПАВ в воде в отсутствии растительности происходит в четыре раза медленнее. Это говорит о том, что для системы растение–перифитон, характерен механизм интенсификации процессов жизнедеятельности бактерий прижизненными выделениями макрофитов.

Таблица 1

Величина самоочищающей способности экспериментальных систем.

(время экспозиции – 12 суток)

Изменение концентрации СПАВ во времени для всех рассмотренных вариантов описывается уравнением реакции первого порядка:               

С _t = С₀ ´ е^{- k t}

где С₀ – исходная концентрация СПАВ в воде, мг/дм³; k – константа скорости процесса, сутки^-1; t – время, сутки.

Анализ величин констант скорости снижения содержания СПАВ в природных водах в присутствии различных видов растительности также доказал, что наибольшая скорость процесса наблюдается в присутствии элодеи канадской и рогоза узколистного. В целом по эффективности очистки исследованные варианты можно расположить в такой последовательности:                

элодея > рогоз > рдест > ряска > контроль.

На основании исследований способности высших водных растений увеличивать скорость процесса самоочищения природных вод от СПАВ, поступающих в водные объекты с недоочищенными сточными водами и с рассредоточенным стоком, предложена перспективная технология защиты водных объектов от загрязнения данными веществами, основанная на водоочистных свойствах звеньев водной экосистемы.

Были рассчитаны показатели эколого-экономической эффективности применения предлагаемой технологической схемы. По степени очистки данная технология не уступает традиционным физико-химическим методам, и даже несколько превосходит их, но в то же время характеризуется значительно меньшими капитальными и эксплуатационными затратами, а также большей величиной предотвращённого экологического ущерба.

Предлагаемая технология обеспечивает доочистку сточных вод биоценозом до уровня, допускающего сброс в водные объекты общего пользования. Конструкция сооружения обеспечивает не только экологичность предлагаемой технологии, но и естественно вписывается в ландшафт местности. Развитие разработанной технологии видится не только в применении её для доочистки сточных вод промышленных предприятий, но и в создании компактных сооружений кустового пользования, внедрение которых в технологические схемы очистки воды позволит снизить ущерб от коттеджной застройки, хозяйственной и рекреационной деятельности на водных объектах.

С.А.  Гарелина, А.С. Захарян, курс., А.М. Курбанов, курс.

ФГОУ ВПО «Академия гражданской защиты МЧС России»