Способ определения пороговой концентрации поверхностно-активных веществ Советский патент 1992 года по МПК G01N33/18 A01K61/00 

Изобретение относится к экогигие- не, в частности к токсикометрии веществ, загрязняющих водные объекты, и может бить использовано при нормировании предельного содержания поверхностно-активных веществ в водных объектах.

Нормирование вредных веществ в воде водоемов осуществляется в настоящее время согласно способу, который включает в себя проведение острых и хронических экспериментов на лабораторных животных с определением максимально недействующих доз (ИНД) или концентраций (МНК-20 МИД) через сред- несмертельные дозы (ДЛ5о) и средне- эффективное время (ТЕ 60); определение пороговых концентраций по влиянию вещества на органолептические (вкус, цвет, запах, пенс- и пленко- образование - ) свойства воды и

санитарный режим водоемов (БПК5, БПК2о, нитрификация); определение отношения ДЛ50/ПК0рГ.

В случае еслу () Ј 10 , считается, что вещество обладает выраженным влиянием на органолептические свойства воды и его ПДК устанавливается по оогзчолептическому признаку вредности на уровне наименьшей пороговой концентрации - ПКорг, определяемой негативным влиянием на вкус, цвет, запах, пено- и пленко- образование волы

Указанный способ установления пороговых концентраций негативного влияния ПАВ довольно трудоемок и субъективен из-за органолептической оценки качества воды. Кроме того, при нормировании не учитывается биоразлагае- мость ПАВ под влиянием микрофлоры, при существующей в водных объектах. В

л

оэ со го

х

результате и биологически мягкие и биологически жесткие ПАВ одного класса имеют одни и те же уровни пороговых концентраций негативного влияния на качество воды, главным образом, по пенообразованию и, как следствие, - равные ПДК. Например, биологически мягкие Синтанол ДТ-7 и биологически жесткие ОП-7 и ОП-10 имеют пороговые концентрации по пенообразованию 0,1 мг/дм3, соответственно разные ПДК аналогично мягкие алкилсульфаты натрия фракции ) и жесткие изотетрапропилбензолсуль- фонаты (НП-1) -0,5 мг/дм3.

В результате этого и вследствие низкой скорости биоразложения трудноразлагаемые ПАВ накапливаются в воде и сопредельных средах, что приводит к ухудшению качества воды, а также усилению токсического эффекта других присутствующих в воде вредных веществ

Цель изобретения - повышение томности определения за счет учета куму- лятивности водной экосистемы, что позволяет предупредить экологические кризисы, связанные с накоплением медленно разлагающихся ПАВ в воде и сопредельных средах.

Главной особенностью, отличающей биохимические процессы разложения органических соединений биоценозом активного ила от обычных химических реакций гидролиза и окисления, является их автокаталитический характер. При этом претерпевают пространственно-временные изменения как ПАВ (разлагаются) , так и активный ил (адаптируется) . Кинетика этих процессов может быть описана тремя константами:

с ичд К и К2.

Способ осуществляют следующим образом. i

Определение пороговой концентрации негативного влияния ПАВ на качество воды по гигиеническим признакам вредности (ПКСГ) осуществляют исходя из пороговых концентраций, оцениваемых изменениями органолептических показателей качества воды - пороговые концентрации пенообразования (ПК0рГ) по методу Штюпеля, модифицированного Можаевым. В два градуированных цилиндра вместимостью 1000 см3 с притертыми пробками наливают по 500 см3 воды с исследуемыми концентрациями вещества и контрольной водой. В течение 15 с проводят 15 опрокиды-

15

739287ц

ваний цилиндра, вначале контрольного, затем опытного и измеряют пенообразу- ющую способность. За пороговую прини. мают концентрацию, при которой отсутствует стабильная крупноячеистая пена, а высота мелкоячеистой у стенок не превышает 1-1,5 мм) или концентрация достижения предельной адсорбции

JQ ПАВ на границе вода/воздух. Для этого готовят серию растворов ПАВ в воде, измеряют по методу Дю-Нуи поверхностное натяжение водных растворов, строят полулогарифмическую зависимость поверхностного натяжения водных растворов от логарифма концентрации ПАВ, За пороговую принимают концентрацию ПАВ, соответствующую области перехода зависимости G f(InC) от криволи20 нейной к линейной, обусловленной достижением предельной адсорбции на границе вода/воздух.

При определении кинетических констант процесса биоразложения подго25 тавливают к работе аэротенки - проточные реакторы постоянного перемешивания, для чего в них загружают неадаптированный активный ил, устанавливают его концентрацию в пределах

,п 2,5±0,5 г/дм3 и идентичность качественного состава активного ила. В аэротенки непрерывно подают синтетическую сточную воду (ССВ) стандартного состава, содержащую в 1 дм3, мг: натрий уксуснокислый 50,0 J калий

35 фосфорнокислый однозамещенный 25,0; натрий углекислый 50,0; кальций хлористый 7,5; магний сернокислый 5,®i аммоний фосфорнокислый двузамещенный 25, пептон - из расчета ХПК ССВ

40 230+20 мг 02/дм3. Устанавливают расход ССВ 1/6 -j- воздуха 2 дм3/мин.

Ежедневно в течение 10-15 сут контролируют характеристики очищенной ССВ:

45 бихроматную окисляемость (ХПК) , содержание нитратного и аммонийного азота, определяют концентрацию активного ила, его зольность и гидробиологический состав. При идентичности

50 указанных параметров работы аэротен- ков считают, что аэротенки готовы к испытаниям.

Один аэротенк оставляют контрольным - в него продолжают подавать ССВ, указанного стандартного состава. В рабочий аэротенк в ССВ вводят исследуемое ПАВ при концентрации, равной 0,5 критической концентрации мицелло5

образования. Очищенную воду из контрольного и рабочих аэротенков анализируют по указанным показателям, в рабочем аэротенке дополнительно определяют остаточное содержание ПАВ.

По результатам ежедневных анализов остаточной концентрации ПАВ в очищенной воде строят графическую зависимость CBblx f(2), гДе продолжительность, сут, с начала испытаний (подачи ПАВ в составе ССВ в аэротенк), из которой находят продолжительность индукционного периода (Ј«ИА) определяемого выражением Јй„л, dCtow/ , т.е. определяют время, по истечению которого кривая Ceb|Jl f(Ј) выходит на плато.

По достижении адаптации испытания продолжаются еще в течение времени

7392876

(10-15 сут) необходимому для определения среднестатических значений остаточной концентрации ПАВ при биораз- ложении адаптированным илом: СВЫ)(

и ХПК

вы г

По экспериментальным данным рассчитывают константы скоростей первичного (() и полного (Кг) биоразложения ПАВ адаптированным активным илом (используя известные приемы для реакторов идеального смешения)

/ Свх.;;Свых ХПКех-ХПКвых Сеых 6

Пороговую концентрацию негативного влияния ПАВ на качество воды по эколого-гигиеническим признакам вред- ности (ПК) определяют по формуле

Использование: определение пороговой концентрации поверхностно- активных веществ (ПАВ) в воде. Сущность изобретения: устанавливают пороговую концентрацию ПАВ в воде по санитарно-гигиеническим признакам вредности, продолжительность индукционного периода адаптации активного ила после внесения ПАВ в стандартную сточную жидкость и контакты скоростей первичной и полной биоразлагае- мости ПАВ адаптированным активным илом, а пороговую концентрацию ПАВ рассчитывают по формуле. 2 табл.

ПК

ПКсг оТБёхр нд/ У О хрГк ТГ +СТ хрТКгУ 1

где ПКСГ и ПК - пороговые концентрации ПАВ в водных объектах по санитарно-гигиеническим и экологическим признакам вредности, мг/дм3; ехр - основание натуральных логарифмов ;

К Ј - константы скоростей первичной и полной биоразлагаемос- ти ПАВ адаптированным активным илом, ч ;

иид, продолжительность индукционного периода адаптации активного ила после внесения ПАВ в стандартную сточную жидкость, сут; 25 - средняя продолжительность

реадаптации активного ила на стандартной сточной жидкости, сут.

Пример (известный), При определении пороговой концентрации негативного влияния ПАВ на качество воды по санитарно-гигиеническим признакам вредности готовят растворы ПАВ на водопроводной дехлорированной воде, последовательно разбавляя вдвое 0,1%-ный раствор ПАВ; получают растворы, содержащие ПАВ, мг/дм3: 1000, 500, 250 ... 0,03, 0,015 и 0,0075; измеряют поверхностное натяжение (j приготовленных водных растворов ПАВ v на тензиометре Дю-Нуи; строят полулогарифмическую зависимость (lnC);

/э

0

0

O

находят концентрацию, при которой достигается предельная адсорбция на границе вода/воздух (Ст), как область пересечения линейного участка зави симости с криволинейным. Полученное таким образом значение концентрации С№ отождествляют с пороговой концентрацией негативного влияния ПАВ на качество воды по санитарно-гигиеническим признакам вредности (ПКС ).

Для опытов используют анионные ПАВ (алкилсульфаты натрия фракции изотетрапропиленбензолсуль- Аонаты натрия, н-алкилбензолсульфо- наты на основе керосиновой фракции) и неионогенные ПАВ (Синтанол ДТ-7, ОП-10 и Неонол ).

В табл. 1 показаны сравнительные данные получения пороговых концентраций негативного влияния ПАВ на качество воды по санитарно-гигиеническим (известный способ) и экологическим (предлагаемый способ) показателям

вредности. Для анионных ПАВ они равны 0,5 мг/дм3, для неионогенных 0,1 мг/дм3 (независимо от биоразла- гаемости).

Способ осуществляют следующим образом.

Подготавливают к работе восемь аэротенков.

После того как показатели аэротенков выравниваются (на 5-е сутки) , один аэротенк оставляют контрольным (в

него подают ССВ стандартного состава) , начиная с 6-х суток в семь аэро тенков в ССВ добавляют указанные ПАВ при следующих концентрациях,мг/дм3: алкилсульфаты натрия фракции Cfo-C g 100; изотетрапропиленбензолсульфона- ты натрия 20; н-элкилбензолсульфонат натрия 50, алкилбензолсульфонаты на основе керосиновой фракции 50; Син- танол ДТ-7 30; ОП-10 30; Неонол АФ9-Ю 30.

Ежедневно анализируют очищенную ССВ из каждого аэротенка на содержание ПАВ и ХПК, По результатам анализов строят графические зависимости

C№x/f) xnKBboc f(fr) где время с начала подачи ПАВ в эротенк, сут.

Из графических зависимостей находят продолжительность индукционного периода. Для указанных ПАВ они равны, сут: 1,5+0,5; 23,5±1,5; 7,5tO,5; 0; 10,5tO,5; 19i2; 6,5+0,5.

Затем рассчитывают1 средние значения остаточной концентрации ПАВ в очищенной ССВ , которые равны, мг/дм3 1,0±0,7; 2,5tO,5; 1,040,3; 12,0+5,0; 0,2±С,1; 1,5±0,3; 0,210,1, и значения ХПК, мг 02/дм3: 32Ј5; l 5i10; в±5; 65±12; 38±10; 63i10; 38i7.

Используя средние значения Свых и ХПК6ЫХ, находят величины констант скоростей первичного К и полного К биоразложения ПАВ адаптированным активным илом (при ) . Их величины (К и К2) равны соответственно, /ч: 11,515,0 и 3,811,5; 11,110, и 0,1210,02; 11,5±5,0 и 0,78+0,25; 0,65±0,30 и 0,25±0,05; ГО,0+6,0 и 1,8210,80; 3,8t1,6 и 0,27+0,07; 10,0+6,0 и 2,05+1,00.

Затем рассчитывают величины пороговых концентраций негативного влияния ПАВ на качество воды по экологическим критериям вредности. Они равны, мг/дм3: 0,5; 0,04; 0,3; 0,03; О,Об; 0,02 и 0,07. По известному способу для первых четырех ПКСГ 0,5 мг/дм3, для остальных 0,1 мг/дм

Как видно из сравнения этих величин, предлагаемый способ позволяет

ПК

ПК

пгчсг б75ёхр1 и;д/25У и:ёхр1:К т+ р-ёхрТК2У1- у;

где ПКСГ и ПК - пороговые концентрации ПАВ в водных объектах по санитарно-гигиеническим

5

5

0

учесть при нормировании самоочищающую способность водоемов, тем самым ужесточить нормативы для трудноразлагаемых ПАВ.

В табл. 2 показаны сравнительные данные определения пороговых концентраций ПАВ в воде по экологическим критериям вредности,полученные на микрокосмах, которые включают в себя в качестве тест-объектов микробиоценозы, водоросли, дафний и рыбы.

Как следует из табл.2, полученные в микрокосмах пороговые концентрации ЛС 0 (или ЕС0) выше порогбвых концентраций ПК, определенных предлагаемым способом с учетом кумулятивности водной экосистемы.

Таким образом, предлагаемый способ определения пороговых концентраций ПАВ на качество воды по экологическим критериям позволяет повысить точность и надежность устанавливаемых нормативов, а следовательно, предупредить возникновение экологических кризисов, связанных с накоплением медленно разлагаемых ПАВ в воде и сопредельных средах.

Формула изобретения

Способ определения пороговой концентрации поверхностно-активных веществ (ПАВ) в водных объектах культурно-бытового и хозяйственно-питьевого назначения, предусматривающий определение пороговой концентрации ПАВ по санитарно-гигиеническим признакам вредности, отличающей- с я тем, что, с целью повышения точности определения путем учета кумулятивности водной экосистемы, дополнительно устанавливают продолжительность индукционного периода адаптации активного ила после внесения ПАВ в

стандартную сточную жидкость и константы скоростей первичной и полной биоразлагаемости ПАВ адаптированным активным илом, а пороговую концентрацию ПАВ в водных объектах определяют по формуле

и экологическим признакам вредности, мг/дм3;

91739287

константы скоростей первичной и полной биоразлагаемос- ти ПАВ адаптированным актив ным илом, ч ;

продолжительность индукционного периода адаптации активного ила после внесения |

0,5

0,5

0,5

и) 0,5

0,7

0,1

Анионные ПАВ

0,5 1,510,511,5/5,0

0,01) 23,5+1,5П,1±0,4

0,3 7,5+0,511,5±5,0

0,03 - 400,60+0,30 Неионогенные ПАП

0,0610,5+0,Ь10,0+6,0

0,021Э±23,8+1,6

Оксиэтилированные па- раизононилфенолы (Не- онол АФ9-Ю)

0,1

0,076,5+0,5 10,0+6,02,05+1,001,39

10

ПАВ в стандартную сточную жидкость, сут;

- Средняя продолжительность реадаптации активного ила на стандартной сточной жидкости , сут.

Таблица 1

1,82тО,801,67

0,27+0,075,61

Таблица 2