В сточных водах, образующихся на современных предприятиях преобладают примеси, которые не относятся к категории сильно-токсичных: хлориды, сульфаты, нитраты и фосфаты натрия, калия, кальция, аммония, магния, железа, меди, органические продукты, взвешенные вещества, нефтепродукты, СПАВ, масла и т.д. Сточные воды нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств, кроме растворенных органических и неорганических веществ, могут содержать коллоидные примеси, а также взвешенные вещества. Основными загрязнителями сточных вод нефтеперерабатывающих комбинатов являются нефтепродукты и фенолы. ПДК нефтепродуктов в водоемах питьевого и рыбохозяйственного назначения составляет 0,1 мг/м3, фенола – 0,25 мг/м3 [1,2].
На заводе применяются методы очистки: механическая, флотация и биологическая, но они не дают высокой степени очистки. Одним из способов доочистки сточных вод от биогенных веществ является использование высшей водной растительности (ВВР) – макрофитов (тростник, камыш, уруть, ряска). Способность ВВР к накоплению, утилизации, трансформации многих загрязняющих веществ делает их незаменимыми в общем процессе самоочищения водоёмов [3, 4].
Цель исследования: изучить способность высших водных растений аккумулировать фосфаты, соединения азота, хлориды, сульфаты и нефтепродукты из сточных вод ОАО «Газпромнефть ОНПЗ».
Научная новизна работы. Впервые изучена аккумуляционная способность и проведено сравнение эффективности высших водных растений эйхорнии, ряски малой, валлиснерии спиралевидной, урути водной, кладофоры шаровидной для доочистки нефтесодержащих сточных вод.
Материалы и методы исследования
Объектами исследования являлись высшие водные растения, способные аккумулировать токсичные соединения: валлиснерия спиралевидная – Vallisneria spiralis, эйхорния, или водный гиацинт – Eichornia crassipes, ряска малая – Lemna minor, кладофора – Cladophora aegagropila, уруть водная – Myriophyllum aquaticum. Исследования проводились в период с ноября 2013 по март 2014 г. В процессе исследований изучалась эффективность методов очистки нефтесодержащих сточных вод ОАО «Газпромнефть ОНПЗ» и методов доочистки с использованием высших водных растений – эйхорнии, валлиснерии, ряски, урути и кладофоры. Процесс контролировали по следующим показателям: рН, содержанию взвешенных веществ, сухого остатка, содержанию фосфатов, нитратов, нитритов, азота аммонийного, хлоридов, сульфатов, алюминия, железа, нефтепродуктов. Показатели определяли по утвержденным методикам.
Результаты исследования и их обсуждение
В ходе исследования нами были определены физические и химические показатели состава сточных вод на выходе с завода и на различных стадиях доочистки с использованием цеолита, угля и высших водных растений: валлиснерия спиралевидная – Vallisneria spiralis, эйхорния, или водный гиацинт – Eichornia crassipes, ряска малая – Lemna minor, кладофора – Cladophora aegagropila, уруть водная – Myriophyllum aquaticum/
Взвешенные вещества. Наибольшее содержание взвешенных веществ нами отмечено в пробе №1 (выход с завода), что составило 182 мг/л. Содержание взвешенных веществ после доочистки кладофорой – 14 мг/л, урутью – 10,7 мг/л, эйхорнией – 5,2 мг/л, валлиснерией – 8 мг/л, ряской – 8,8 мг/л (табл. 1). Эффективность очистки сточных вод от взвешенных веществ после доочистки кладофорой составила 92,31 %, валлиснерией – 97,14 % ряской – 95,60 %, урутью – 94,12, эйхорнией – 94,12 % т.о. наименьшее содержание взвешенных веществ отмечено после доочистки водным растением ряска.
Сухой остаток. Наибольшее содержание сухого остатка отмечено в пробе №1 (выход с завода), что составило 481 мг/л. Содержание сухого остатка после доочистки водным растением: кладофора – 462 мг/л, уруть – 459 мг/л, эйхорния – 164 мг/л, валлиснерия – 189 мг/л, ряска – 194 мг/л. Эффективность очистки сточных вод от сухого остатка, после доочистки кладофорой – 3,95 %, урутью – 4,67 %, эйхорнией – 65,9 %, валлиснерией – 60,7 %, ряской – 59,6 %. Наименьшее содержание сухого остатка отмечено после доочистки водным растением эйхорния (табл.1).
Жёсткость. Самая высокая жёсткость воды отмечена в пробе №2 (после очистки цеолитом), что составило 10,4 мг/л. Жёсткость воды после доочистки водным растением: кладофора составила 15 мг/л, урутью – 14,25 мг/л, эйхорнией – 10 мг/л, валлиснерией – 12,9 мг/л, ряской – 11,7 мг/л. Эффективность снижения жёсткости сточных вод, после доочистки высшим водным растением кладофорой составила (-63,04), урутью – (–54,89 %), эйхорнией – (-8,69 %), валлиснерией – (–40,21 %), ряской – (-27,17 %). Наилучший результат по снижению жёсткости после доочистки водным растением кладофора (табл. 2, рис. 1).
Таблица 1
Результаты исследования физических показателей сточных вод «Газпром-ОНПЗ»
|
Пробы, вид стоков |
Взвешенные вещества, мг/л |
Сухой остаток, мг/л |
рН |
Жёсткость |
|
1. Выход с завода |
182 |
481 |
7,4 |
9,2 |
|
2. Цеолит |
129 |
472 |
7,08 |
10,4 |
|
Эффективность очистки, % |
94,12 |
65,9 |
4,32 |
-13,04 |
|
3. Уголь |
77 |
468 |
7,22 |
9,84 |
|
Эффективность очистки, % |
57,69 |
2,70 |
2,43 |
-6,96 |
|
4. Кладофора |
14 |
462 |
6,2 |
15 |
|
Эффективность очистки, % |
92,31 |
3,95 |
16,22 |
-63,04 |
|
5. Рдест |
10,7 |
459 |
6,34 |
14,25 |
|
Эффективность очистки, % |
94,12 |
4,57 |
14,32 |
-54,89 |
|
6. Эйхорния |
5,2 |
164 |
6,6 |
10 |
|
Эффективность очистки, % |
94,12 |
65,9 |
10,8 |
-8,69 |
|
7. Валлиснерия |
8 |
189 |
6 |
12,9 |
|
Эффективность очистки, % |
97,14 |
60,7 |
18,91 |
-40,21 |
|
8. Ряска |
8,8 |
194 |
3,37 |
11,7 |
|
Эффективность очистки, % |
95,60 |
59,6 |
13,91 |
-27,17 |
Таблица 2
Результаты исследования химических показателей сточных вод «Газпром-ОНПЗ»
|
№ пробы,вид стоков |
Фосфат ион |
Нитраты |
Нитриты |
NH4 |
Al |
Fe |
Хлориды |
Сульфаты |
Нефтепродукты |
|
1.выход с завода |
12 |
2,25 |
14,43 |
0,59 |
0,017 |
0,97 |
152,4 |
112 |
2,55 |
|
2.цеолит |
0,04 |
0 |
7,34 |
0,547 |
0,013 |
0,77 |
141,8 |
108,5 |
1,67 |
|
Эффективность очистки, % |
99,67 |
100 |
49,13 |
7,29 |
23,53 |
20,62 |
6,96 |
3,13 |
34,51 |
|
3.уголь |
0,92 |
6,4 |
6,56 |
0,404 |
0,012 |
0,73 |
138,3 |
103,7 |
0,37 |
|
Эффективность очистки, % |
92,33 |
-184,44 |
54,54 |
31,53 |
29,41 |
24,74 |
9,25 |
7,41 |
85,49 |
|
4.кладофора |
0,67 |
4,3 |
12,96 |
0,488 |
0,014 |
0,6 |
151,3 |
91,4 |
4,8 |
|
Эффективность очистки, % |
94,42 |
-91,11 |
10,19 |
17,29 |
17,65 |
38,14 |
0,72 |
18,39 |
-88,24 |
|
5.рдест |
0,4 |
23,1 |
15,12 |
0,529 |
0,017 |
0 |
151,3 |
89,3 |
0,05 |
|
Эффективность очистки, % |
96,67 |
-926,67 |
-4,78 |
10,34 |
0 |
100 |
0,72 |
20,75 |
98,04 |
|
6.эйхорния |
0,51 |
0,0014 |
0,0014 |
0,43 |
0,017 |
0 |
64 |
44,8 |
0,032 |
|
Эффективность очистки, % |
95,75 |
99,93 |
99,9 |
27,11 |
0 |
100 |
58 |
60 |
98,7 |
|
7.валлиснерия |
0,44 |
4,9 |
14,86 |
0,43 |
0,0169 |
0 |
166,6 |
45,2 |
1,46 |
|
Эффективность очистки, % |
96,3 |
-113,3 |
-2,97 |
27,11 |
0,58 |
100 |
-9,31 |
59,6 |
42,7 |
|
8.ряска |
0,112 |
4,8 |
13,65 |
0,574 |
0,01 |
0 |
174,9 |
60,7 |
1,39 |
|
Эффективность очистки, % |
99 |
-113,3 |
5,40 |
2,71 |
41,17 |
45,36 |
-14,76 |
45,8 |
45,49 |
Фосфат ионы. Наибольшее содержание фосфат ионов отмечено в пробе №1 (выход с завода), что составило 12 мг/л. Содержание фосфат иона после доочистки водным растениям составило: кладофорой – 0,67 мг/л, урутью – 0,4 мг/л, эйхорнией – 0,51 мг/л, валлиснерией – 0,44 мг/л, ряской – 0,112 мг/л. Эффективность очистки сточных вод от содержания фосфат ионов, после доочистки водными растениями: кладофорой составила 94,42 %, урутью – 96,67 %, эйхорнией – 95,75 %, валлиснерией – 96,3 %, ряской – 99 %. Наилучший результат по снижению фосфат-ионов отмечен после доочистки цеолитом – 0,04 мг/л (табл. 2, рис. 1).
Нитраты. Наибольшее содержание нитратов нами отмечено в пробе № 3 (доочистка углем), что составило 6,4 мг/л. Содержание нитратов после доочистки водными растениями составило: кладофорой – 4,3 мг/л, урутью – 23,1 мг/л, эйхорнией – 0,0014 мг/л, валлиснерией – 4,9 мг/л, ряской – 4,8 мг/л. Наибольшая эффективность очистки сточных вод от содержания фосфат ионов отмечена после доочистки сточных вод водным растением эйхорнией – 99,93 % (табл. 2, рис. 1).
Нитриты. Наибольшее содержание нитритов нами отмечено в пробе № 1 (14,43 мг/л.). Содержание нитритов после доочистки водными растениями составило: кладофорой – 12,96 мг/л, урутью – 15,12 мг/л, эйхорнией – 0,0014 мг/л, валлиснерией – 14,86 мг/л, ряской – 13,65 мг/л. Наибольшая эффективность очистки сточных вод от содержания нитритов отмечена после доочистки водными растениями: эйхорнией – 99,9 %, кладофорой – 10,19 %, ряской – 5,4 %. (табл. 2, рис. 1).
Аммоний. Высокое содержание аммония отмечено в пробе №1 (0,59 мг/л.). Содержание амонния после доочистки водными растениями составило: кладофорой – 0,48 мг/л, урутью – 0,52 мг/л, эйхорнией – 0,43 мг/л, валлиснерией – 0,43 мг/л, ряской – 0,57 мг/л. Эффективность очистки водными растениями составила: урутью – 31,53, эйхорнией – 27,11 %, валлиснерией – 27,11 %, кладофорой –17,29 %, ряской – 2,71 %. Наилучший результат по снижению иона аммония отмечен после доочистки цеолитом – урутью. (табл. 2, рис. 1).
Алюминий. Наибольшее содержание алюминия нами отмечено в пробе № 1, что составило 0,017 мг/л. Эффективность очистки сточных вод от содержания алюминия, после доочистки водными растениями: кладофорой –17,65 %, урутью – 0 %, эйхорнией – 0 %, валлиснерией – 0,58 %, ряской – 41,17 %. (табл. 2, рис. 2).
Железо. Наибольшее содержание железа нами отмечено в пробе №1, что составило 0,97мг/л. Содержание железа после доочистки водными растениями составило: кладофорой – 0,6 мг/л, урутью – 0,0 мг/л, эйхорнией – 0,0 мг/л, валлиснерией – 0,0 мг/л, ряской – 0,53 мг/л. Эффективность очистки сточных вод от содержания железа, после доочистки водными растениями составила: урутью – 100 %, эйхорнией – 100 %, валлиснерией – 100 %, кладофорой – 38,14 %, ряской – 45,36 % (табл. 2, рис. 2).
Хлориды. Наибольшее содержание хлоридов нами отмечено в пробе №1, что составило 152,4 мг/л. Содержание хлоридов после доочистки водными растениями составило: кладофора – 151,3 мг/л, урутью – 151,3 мг/л, эйхорнией – 64 мг/л, валлиснерией – 166,6 мг/л, ряской – 174,9 мг/л. Наибольшая эффективность очистки сточных вод от содержания хлоридов, отмечена после доочистки водным растением эйхорнией – 58 %. (табл. 2).
Сульфаты. Наибольшее содержание сульфатов нами отмечено в пробе №1, что составило 112 мг/л. Содержание сульфатов после проведенной нами доочистки водными растениями: кладофора 91,4 мг/л, камамба 89,3 мг/л, эйхорния 44,8 мг/л, валлиснерия 45,2 мг/л, ряска 60,7 мг/л. Эффективность очистки сточных вод от содержания сульфатов, после доочистки водными растениями: кладофорой –18,39 %, камамбой – 20,27 %, эйхорнией – 60 %, валлиснерией – 59,6 %, ряской – 45,8 % (табл. 2).
Нефтепродукты. Содержание нефтепродуктов на выходе с завода составило 2,55 мг/л. Наибольшая эффективность очистки сточных вод от содержания нефтепродуктов отмечена после доочистки водными растениями урутью – 98,04 %, эйхорнией – 98,74 %, валлиснерией – 42,74 %, ряской – 45,49 % (табл. 2).
Рис. 1. График изменения химических показателей (ph, жесткость, нефтепродукты, нитриты, нитраты, фосфат ионы)
Рис. 2. График изменения химических показателей (железо, алюминий, ион аммония)
Заключение
Лучшие показатели эффективности очистки по всем показателям отмечены у водного растения эйхорния (от 27 до 100 %). Доочистка водным растением уруть водная снижает содержание фосфат ионов на 96,6 %, железа на 100 %, нефтепродуктов на 98 %. Высокие показатели доочистки сточных вод отмечены у водного растения валлиснерия спиралевидная. Валлиснерия снижает содержание фосфат иона на 96 %, железо на 100 %, сульфаты на 60 %.