VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

В работе решается актуальная проблема экологического контроля ливневой канализации и сточных вод при помощи современных физико-химических методов анализа.

Использование различных приборов при аналитическом контроле воды, систематический мониторинг воды способствует улучшению экологической ситуации региона.

Выбор данной темы обусловлен тем, что моя профессия «Технолог» тесно связана с аналитическим контролем производства. В производственных и исследовательских лабораториях для текущего контроля производства, для выходного контроля качества химической продукции, для контроля сточных вод и воздуха производственных помещений рабочей зоны используют физико-химические методы анализа. Эти методы основаны на проведении аналитических реакций, конец которых определяется с помощью приборов. Прибор фиксирует изменение физического свойства анализируемого вещества и может записать на ленте самописца или передать на световое табло. С помощью методов физико-химического анализа, можно осуществлять регулирование современных технологических процессов производства и осуществлять мониторинг состава сточных вод и воздуха рабочей зоны. От правильной организации аналитического контроля во многом зависит экологическая безопасность производства.

Цель исследования:

Повышение теоретических знаний, экологической грамотности, практических умений и навыков будущего техника-технолога к самостоятельной профессиональной деятельности. Знакомство с экологическим аудитом и его проведением, целями и задачами.

Задачи исследования:

1. Изучить принцип действия и порядок работы на современных приборах: рН-метр, фотоэлектрический колориметр, хроматограф .

2. Провести исследование ливневых и сточных вод производства СК в течение 2 месяцев по следующим показателям: рН-среды, содержание иона аммония, толуола и ДМФА (диметилформамида).

3. Составить графики изменения измеряемых показателей контроля качества воды и проанализировать соответствие ПДК.

4. Дать независимую оценку соответствия деятельности аудируемого предприятия экологическим требованиям с целью недопущения негативного воздействия техногенной деятельности на окружающую среду (водоемы г. Стерлитамака).

Предмет исследования:

физико-химические (инструментальные) методы мониторинга сточных вод производства СК

Объект исследования:

процесс определения состава сточных вод при помощи современных физико-химических методов анализа.

Реализация решения поставленных задач

Обеспечение экологической безопасности предприятия

Проблема сточных вод и их очистки – одна из самых главных для промышленных предприятий, использующих значительные объемы водных ресурсов для осуществления производственной деятельности.

Говоря о проблеме сточных вод, необходимо отметить, что под это определение подпадают воды со значительной степенью загрязнения бытовыми и производственными отходами – мусором, органическими и неорганическими химическими веществами, грязью и т.д. Они удаляются из населенных пунктов и промышленных предприятий с помощью системы канализации. Содержащиеся в воде загрязнения могут быть растворимыми, нерастворимыми и коллоидными (дисперсными). Определить их количественный и качественный состав помогает физико-химический анализ сточных вод.

Производственные сточные воды – представляют собой опасность из-за возможного содержания в них не только химических загрязнений, но и ядовитых и опасных веществ - ртути, свинца, фенола, мышьяка и т.д. Она осуществляется экстракцией, сорбцией, нейтрализацией, электрокоагуляцией, ионным обменом.

Основные показатели, которые измеряет анализ сточных вод, – это показатели качества воды и ее опасности, наличие и процентное содержание металлов, неорганических и органических химических соединений. Сделать анализ воды можно в специализированной лаборатории, имеющей необходимое оборудование и реагенты для исследований – лаборатории службы воздуха ОАО «Синтез-Каучук». Анализы проводит группа сточных вод. Лаборатория предприятия имеет аттестат на проведение анализа сточных вод, что позволяет ей гарантировать цехам точные и полностью достоверные результаты, не нуждающиеся в дополнительном уточнении и подтверждении.

На занятиях факультатива «Эколог» меня заинтересовала новое направление практической работы – экологическое аудирование. Мы освоили методики по определению качества воды и занялись исследованием воздействия предприятия ОАО «Синтез-Каучук» на водоемы Стерлитамака. С февраля 2014 года на производственной практике мы начали исследование ливневых и сточных вод производства СК на ряд показателей: рН-среды, массовая концентрация иона аммония, количественное определение ДМФА и толуола в воде, используя современные физико-химические методы анализа.

Методы и методики выполнения анализов

Определение ионов аммония.

Ионы аммония и аммиак появляются в грунтовых водах в результате жизнедеятельности микроорганизмов. Так же объясняется присутствие их в питьевых водах, если эти вещества не прибавляли в смеси с хлором при водоподготовке. В поверхностных водах аммиак появляется в небольших количествах, обыкновенно в период вегетации, в результате разложения белковых веществ. В анаэробной среде аммиак образуется привосстановлении органических веществ. Вследствие жизнедеятельности нитрифицирующих бактерий содержание аммиака в водоемах снижается при одновременном образовании нитратов. Повышенное содержание аммиака в поверхностных водах объясняется спуском в них бытовых сточных вод и некоторых промышленных вод, содержащих значительные количества аммиака или солей аммония, являющихся отходами производства.

Отношение концентраций свободного аммиака (NНз) и ионов аммония (NH₄⁺) зависит от концентрации водородных ионов. Концентрации отдельных форм можно определить при помощи расчетов. Для определения аммиака используется метод непосредственного колориметрического определения в питьевых и поверхностных водах с реактивом Несслера. Для работы необходим фотоколориметр КФК-2 или другой фотометр, позволяющий измерения в диапазоне 425 нанометров, кювета на 50 мм. Определение проводят следующим образом:

К 50 мл первоначальной или осветленной пробы, прибавляют 1-2 капли раствора сегнетовой соли и смесь тщательно перемешивают. Затем добавляют 1 см³ реактива Несслера и снова перемешивают. Через 10 мин измеряют оптическую плотность. Окраска смеси устойчива в течение 30 мин. Из величины оптической плотности вычитают оптическую плотность холостого опыта.

Содержание ионов аммония NH₄⁺ в мг/дм³ вычисляют по градуировочному графику.

Определение рН-воды

В чистой воде при 25 °C концентрации ионов водорода [H+] и гидроксид-ионов [OH−]одинаковы и составляют 10⁻⁷ моль/л. Когда концентрации обоих видов ионов в растворе одинаковы, говорят, что раствор имеет нейтральную реакцию (рН=7). При добавлении к воде кислоты концентрация ионов водорода увеличивается, а концентрация гидроксид-ионов соответственно уменьшается, при добавлении основания – наоборот, повышается содержание гидроксид-ионов, а концентрация ионов водорода падает. Когда рН ниже 7 говорят, что раствор является кислым, а при рН > 7 – щелочным.

Сущность метода

Методика предназначена для определения рН воды на основе электрометрического метода измерения ЭДС электролитической ячейки, состоящей из пробы воды, стеклянного электрода и электрода сравнения.

Оборудование и реактивы

Прибориономер лабораторный ЭВ-74 (рН-метр, милливольтметр рН-121).

Электрод измерительный и вспомогательный.

Ход определения

Подготовку прибора проводят в соответствии с руководством по его эксплуатации.

Со вспомогательного электрода ЭВЛ-1МЗ снимают пластмассовый колпачок. Осторожно удаляют пробку и заливают в отверстие пипеткой насыщенный при 20 ºС раствор хлористого калия.

Настройку прибора проводят по буферным растворам (ежедневно прибор проверяют по двум буферным растворам с рН=7 и рН=9). После настройки прибора электроды промывают дистиллированной водой, остатки воды с электродов удаляют фильтровальной бумагой.

Внерабочее время электроды хранят погруженными в дистиллированную воду, при этом вспомогательный электрод ЭВЛ-1МЗ закрывают колпачком, отверстие для заливки закрывают пробкой.

Выполнение определения

После настройки прибора по буферному раствору, электроды промывают дистиллированной водой и погружают в стакан с исследуемой пробой.

Отсчет величины рН по шкале прибора проводят в том случае, если показание прибора не будет изменяться более чем на 0,2 единицы в течение одной минуты.

Измерение повторяют и за результат анализа принимают среднее арифметическое значение. После измерений электроды ополаскивают дистиллированной водой и удаляют остатки воды фильтровальной бумагой.

Если возникает необходимость обезжирить электроды, то их протирают мягкой тканью, смоченной спиртом, затем несколько раз ополаскивают дистиллированной водой и протирают фильтровальной бумагой.

Расчет

За результат измерения принимают значение рН, которое определяют по шкале прибора.За результат анализа Хср. Принимают среднее арифметическое значение результатов двух параллельных измерений Х₁ и Х₂

Хср.= (Х₁ + Х₂)/2

1.3Определение ДМФА и толуола в воде хроматографическим методом

Диметилфармамид (ДМФА) и толуол (метилбензол) — являются сильно токсичными ядами, влияющими на функцию кроветворения организма, поэтому попадание в организм человека этих веществ вызывает серьёзную опасность. Сущность метода

Метод основан на непосредственном введении пробы сточной воды в хроматографическую колонку с последующей регистрацией диметилформамида (ДМФА) и толуола пламенно-ионизационным детектором.

Для работы применяют

• Хроматограф газовый лабораторный ЛХМ-8МД с детектором ионизации в пламени

Выполнение определения

Анализируемую пробу воды отбирают микрошприцем и вводят в хроматограф в количестве 2-5 мм³ в зависимости от концентрации примесей.

Перед отбором пробы проверяют чистоту микрошприца путём записи хроматограммы дистиллированной воды.

Убедившись в чистоте микрошприца, вводят пробу в колонку и проводят запись хроматограммы. После этого рассчитывают площадь пиков ДМФА и толуола

Расчёт

Содержание ДМФА и толуола в сточной воде (С) в мг/дм³ рассчитывают по формуле:

С= (S*К*1000)/ V ,

где: С – содержание данного компонента в воде, мг/дм³ ;

S – площадь пика ДМФА, толуола, см²;

К – калибровочный коэффициент, мг/см²;

V – объём пробы, взятый на анализ, см³

Чувствительность метода по ДМФА, толуолу – 0,5 мг/дм³.

Заключение

Итак, в течение февраля-марта нами проводился ежедневный отбор проб сточной воды, ливневой канализации и исследование показателей качества: рН (потенциометрический метод), определение массовой концентрации ионов аммония фотометрическим методом, определение ДМФА и толуола хроматографическим методом. Был обобщен материал наблюдений, дана оценка качества воды.

Риск объекта оценивается методом построения дерева событий – это графический способ слежения за набором обстоятельств, ведущих к неблагоприятному исходу.

Рассчитать степень опасности вещества данного объекта можно по формуле:

П=К/ПДК,

где ПДК – среднесуточная предельно-допустимая концентрация;

К – концентрация вещества в пробе.

ПДК – норматив, количество вредного вещества в окружающей среде, за определенный промежуток времени, не влияющее на здоровье человека и не вызывающее неблагоприятных воздействий у его потомства. Любое превышение ПДК опасно для живых организмов, может вызвать заболевание, летальный исход. Нормативы ПДК вредных веществ на территории Российской Федерации едины и обязательны для всех предприятий, независимо от формы собственности и подчиненности. В своем большинстве нормативы утверждены еще Минздравом СССР, но они признаются действующими, поскольку не противоречат российскому законодательству и не заменяются новыми нормативами, разработанными Государственной санитарно-эпидемиологической службой Российской Федерации.

Средний показатель рН ливневой канализации составил 8,2 при норме 6,5-8,5, т е. соответствует установленным нормам. Содержание массовой концентрации иона аммония ливневой канализации – 0,15мг/дм³ при норме 0,5 мг/дм³ (соответствует норме). Превышение показателей опасно ввиду того, что ливневые стоки после отстаивания в отстойниках подаются вновь на производственные нужды. Ухудшение показателей наблюдается в период таяния снега и паводка. Ливневые воды используются в замкнутом цикле, этим обеспечивается рациональное использование и экономия водных ресурсов.

Средний показатель рН сточной воды (колодец ХЗК) составил 9,09 при норме 6,5-8,5, содержание иона аммония составило 0,62 мг/дм³. при норме 3,0 мг/дм³, среднее содержание толуола – 0,77 мг/дм³. при норме 3,0 мг/дм³., ДМФА – 0,16 при норме 3,0 мг/дм³. Сточные воды (ХЗК – химически загрязненная канализация, соответствуют нормам ПДК за исключением водородного показателя рН, который смещен в щелочную сторону).

Проведенный мониторинг ливневых и сточных вод показал, что значительных превышений предельно-допустимых концентраций за 2 месяца не было. Превышение рН устраняется разбавлением на БОС ФКП «Авангард» и ОАО БСК.

Мы ознакомились с принципом действия и работой сложных приборов, освоили методы отбора и хранения проб воды, научились проводить физико-химические анализы, необходимые для аналитического контроля ливневых и сточных вод в лаборатории ЛСВ завода «Синтез-каучук».

Мы поняли и доказали, что большое научное и практическое значение имеет всесторонний аналитический контроль воды, а качественное освоение методов экологического мониторинга окружающей среды позволит нам, будущим технологам, свободно ориентироваться на производстве и освоить ведение современных технологических процессов.

Планируем продолжить начатую работу, освоить и проводить анализы: определение иона меди в воде, хлоридов, сульфатов, ХПК, БПК, нефтепродуктов и провести исследование соответствия выбросов предельно-допустимым концентрациям.

Основная задача экологического мониторинга сточных вод - это максимальное обеспечение систем управления экологической безопасности и природоохранной деятельности достоверной информацией, на основании которой могут быть произведены:

- Оценка показателей состояния и функциональной целостности окружающей природной среды.

- Выявление причин отклонения показателей состояния окружающей природной среды и оценка последствий таких изменения показателей.

- Определение и принятие решений для ликвидации причин отклонения показателей и обеспечение заблаговременного предупреждения негативных ситуаций.

РЕЗУЛЬТАТЫ МОНИТОРИНГА ВОДЫ

(по оси Х- дата, по оси У- результат анализа)

pH ливневой канализации (март 2014 год) ПДК 6,5-8,5

pH (ХЗК), февраль 2014г. ПДК 6,5 - 8,5

Толуол, ДМФА в ХЗК, февраль 2014г. ПДК 3 мг/л

Толуол – красный, ДМФА - желтый

Ион аммония (ХЗК), февраль 2014г. ПДК 3,0 мг/л

Ион аммония (ливневая канализация), март 2014г. ПДК 0,5 мг/л

Код для цитирования: Скопировать