Материал: Доочистка сточных вод химического предприятия от неорганических веществ с использованием элодеи и роголистника (90

загрязненные сточные воды, поступающие на доочистку, отличались острой токсичностью. После доочистки водными растениями не было отмечено острой токсичности для исследованных водных проб.

Обработка проб воды проводилась по 10 показателям на базе химической заводской лаборатории. Контроль проводился в соответствии со стандартными методиками. В экспериментальных водах культивировались отдельно и совместно высшие водные растения: Elodea canadiensis L. и Ceratophyllum demersum L. В качестве контрольной воды использовалась вода р.Волга выше места впадения вод из старого русла р.Казанка. Исследовано содержание тяжелых металлов в элодее и роголистнике до и после их культивирования в загрязненных сточных водах методом рентгенофлуоресцентной спектрометрии.

Проведены серии экспериментов с использованием постоянной и переменной концентрации ряда тяжелых металлов (железо, медь, марганец, цинк). На основе экспериментальных данных рассчитаны значения коэффициентов диффузии железа, меди, марганца и цинка из воды в биомассу элодеи и роголистника, характеризующие скорость переноса загрязняющих веществ из воды в растения через клеточные мембраны и влияющие на избирательное накопление элементов в тканях растений.

В третьей главе изучены особенности процесса выведения загрязняющих веществ из сточных вод с помощью Elodea canadiensis L. и Ceratophyllum demersum L. в процессе их отдельного и совместного культивирования в загрязненных производственных сточных водах; получены зависимости изменения концентрации ряда тяжелых металлов в воде при доочистке с помощью элодеи и роголистника во времени.

Поскольку р. Волга - водный объект рыбохозяйственного использования и имеет значительное хозяйственно-бытовое, культурно-питьевое и рыбохозяйственное значение, впадающие в реку загрязненные воды должны соответствовать нормативам вод рыбохозяйственного значения.

Сточные и поверхностно-ливневые воды химического предприятия характеризуются высокими концентрациями меди, никеля, марганца, сульфатов, нитритов и фосфатов. Для этих вод характерна кислая реакция воды (рН 4,7±0,2). В период проведения экспериментальных исследований в рамках данной работы неоднократно в емкости - накопителе насосной станции перед сбросом в р. Волга были зафиксированы высокие концентрации таких тяжелых металлов как медь, цинк и марганец. Значения ПДК по этим веществам были превышены в 87 - 450 раз, что свидетельствует о крайней степени важности очистки этих вод перед их сбросом в р. Волга. В настоящее время для предварительной обработки сточных вод на предприятии используется их первичное отстаивание и нейтрализация.

При экспериментальном культивировании элодеи и роголистника в загрязненных сточных водах отмечено снижение концентраций ряда загрязняющих веществ (рис.1).

6

Рисунок 1 - Изменение концентрации загрязняющих веществ в производственных сточных водах при культивировании в них элодеи и роголистника

7

Как видно из данных, приведенных на рис.1, наиболее быстрое снижение концентрации сульфатов и нитритов отмечено у элодеи, фосфатов – у роголистника. Наиболее быстрое снижение концентрации железа и марганца отмечено у элодеи, меди и цинка - у роголистника. До нормативов, используемых для водоемов рыбохозяйственного назначения, концентрация железа снижается за 25-27, меди - 26-35, цинка - 25-28, марганца – 22-35 суток в присутствии элодеи. В присутствии роголистника концентрация железа снижается до ПДКрыбохоз. за 28-30, меди - 25-26, цинка - 7-15, марганца - 30-32 суток.

Поскольку в процессе очистки за один и тот же период времени должны быть выведены различные тяжелые металлы, то были проведены эксперименты по совместному содержанию элодеи и роголистника в загрязненных водах. До значений ПДКрыбохоз. они очистили загрязненные воды от железа за 21-25 суток, от меди - за 21-23 суток, цинка - за 10-19 суток, марганца - за 24-26 суток.

На рис.2 приведено снижение аккумулирующей способности элодеи и роголистника по отношению к железу, меди, цинку и марганцу при последовательном помещении растений в воды с одинаковыми начальными концентрациями загрязняющих веществ каждые 7 сут. эксперимента.

Приведенные на рис.2 данные показывают, что наибольшее количество загрязняющих веществ водные растения выводят в первые две недели. Отмечено снижение способности элодеи и роголистника к выведению всех исследованных металлов: если в течение первой недели отмечалось снижение концентрации железа на 1,3 мг/л, то к концу четвертой недели – на 0,6 мг/л. Концентрация меди снижалась на первой неделе на 0,03 мг/л, к концу четвертой – на 0,01 мг/л; концентрация цинка на первой неделе снижалась на 0,17 мг/л, к концу четвертой

– на 0,09 мг/л; концентрация марганца на первой неделе снижалась на 0,04 мг/л, к концу четвертой на 0,01 мг/л.

Рисунок 2 - Снижение аккумулирующей способности элодеи и роголистника при последовательном помещении растений в воды с одинаковыми начальными концентрациями загрязняющих веществ

Изученная способность водных растений к выведению загрязняющих веществ в процессе доочистки (рис.2), позволяет определить время наиболее эффективного использования водных растений и замены водной растительности в очистном сооружении. Таким образом, в экспериментальных исследованиях была показана способность элодеи и роголистника к выведению загрязняющих веществ из производственных сточных вод до нормативных значений.

8

В четвертой главе проведено исследование способности Elodea canadiensis L. и Ceratophyllum demersum к аккумуляции загрязняющих веществ;

получены зависимости изменения концентрации ряда тяжелых металлов в элодее и роголистнике во времени в процессе их экспериментального культивирования в производственных сточных водах; полученные зависимости позволили экспериментально определить коэффициенты диффузии тяжелых металлов; получены коэффициенты биологического поглощения цинка, железа, меди и марганца элодеей и роголистником при культивировании их в сточных водах.

Одним из важных показателей, характеризующих избирательность поглощения химических элементов водными растениями и их способность к накоплению элементов, является коэффициент биологического поглощения (КБП). Элодея и роголистник в процессе их совместного культивирования в загрязненных и контрольной водах наиболее интенсивно аккумулируют в себе железо (КБП=120-800), КБП железа погруженными водными растениями из природных водоемов составляет 100-160. КБП цинка элодеей и роголистником в загрязненных водах составляет 800-900, в природных водах - 206-840. КБП марганца элодеей и роголистником, содержащихся в загрязненных водах - 905-980, в природных водах - 203-507. В наименьшей степени элодея и роголистник аккумулируют в себе медь (КБП=381-422). КБПмеди водными растениямиприродных водоемовсоставляет18-42. Максимальные КБПдлядругихводоемовпоэтимзагрязняющим веществам составили: железа - 910, меди - 400, цинка - 970, марганца – 1100 (Карасев, 2001; Ермаков, 2005; Кузнецов,2006).

Отмечено, что в процессе экспериментального культивирования элодеи и роголистника в загрязненных сточных водах промышленных предприятий концентрации железа, цинка, меди и марганца в водных растениях увеличиваются (рис. 3).

Рисунок 3 - Изменение концентраций некоторых тяжелых металлов в биомассе элодеи и роголистника в процессе их экспериментального культивирования в загрязненных производственных сточных водах

Удельная концентрация ряда тяжелых металлов в элодее и роголистнике в процессе экспериментального исследования снижалась (рис.4).

9

Рисунок 4 - Изменение удельной концентрации некоторых тяжелых металлов в элодее и роголистнике в процессе их культивирования в загрязненных производственных сточных водах

Удельная концентрация железа (мг/г) в элодее снижалась с 64 до 0,06, в роголистнике – с 4,3 до 0,44; меди в элодее - с 0,72 до 0,06, в роголистнике - с 1 до 0,09; цинка в элодее - с 1,76 до 0,15, в роголистнике - с 4 до 0,35; марганца в элодее - с 0,32 до 0,03, в роголистнике - с 4,2 до 0,37 (рис.4). Полученные удельные концентрации ряда тяжелых металлов в элодее и роголистнике не превышают нормативы их содержания в кормах сельскохозяйственных животных, сельскохозяйственных удобрениях и продуктах питания.

Снижение удельной концентрации ряда тяжелых металлов связано с увеличением биомассы водных растений, приведенной на рис. 5. Проведенные экспериментальные наблюдения за ростом элодеи и роголистника как в условиях загрязненных, так и в условиях контрольной вод (рис.5) показали, что наибольший прирост биомассы отмечен в первые 10-14 суток (среднесуточный прирост составил 46 % от начальной массы водных растений), а к 30 суткам эксперимента отмечено снижение скорости роста водных растений (среднесуточный прирост составил 14% от начальной массы водных растений).

Рисунок 5 - Изменение биомассы элодеи и роголистника в процессе их культивирования в загрязненной и контрольной водах

Таким образом, экспериментально установлено, что элодея и роголистник в процессе их совместного культивирования в загрязненных и контрольной водах

10