авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Контроль качества воды в водных объектах и технологических процессах водоочистки озонохемилюминесцентным методом

-- [ Страница 2 ] --

нижняя линия – кривая аппроксимации дистиллированной воды с добавлением SDS.

Для исследования влияния мутности как мешающего фактора были приготовлены модельные растворы на основе порошкового микросферического силикагеля. В качестве основы для растворов использовали водопроводную воду, в которую добавляли силикагель с размером частиц 10 мкм. Таким образом, получили водные суспензии силикагеля в диапазоне концентраций от 10 мг/л до 1000 мг/л. Графическая зависимость интенсивности озонохемилюминесценции органических веществ, содержащихся в пробе водопроводной воды, от мутности этой пробы, смоделированной добавками силикагеля, отображена на рис. 6.

Рис. 6. Влияние неорганической взвеси на интенсивность ХЛ органических веществ в воде

Зависимость величины интенсивности озонохемилюминесценции и концентрации силикагеля описывается уравнением (3) при (R2=0,98):

Iхл=0,0245Ln(Сс-г) + 0,376, (3)

где Iхл – интенсивность озонохемилюминесценции;

Сс-г – концентрация силикагеля в мг/л.

Анализ полученной зависимости позволяет говорить о том, что при концентрациях силикагеля в водных растворах до 1000 мг/л существенного изменения интенсивности озонохемилюминесценции не наблюдается (изменение менее ±5 %). Таким образом, на основании результатов модельного эксперимента можно сделать важный вывод о незначительном влиянии мутности на озонохемилюминесцентный анализ, что принципиально при контроле ХПК природных и сточных вод.

Также экспериментально исследована возможность ОХЛ определения ХПК в пробах морской воды. Исследование возможности применения ОХЛ метода для определения ХПК морских вод проводилось двумя путями. Первый: к исходному раствору искусственной морской воды добавляли одно и тоже количество растворенной антраниловой кислоты (АК) и дистиллированную воду разного объема. Второй: добавка АК в различных концентрациях в пробы природной морской воды, отобранной в акваториях, соленость которых изменяется в широких пределах: Карское море – 27; Обская Губа – 17,9; устье Оби – 3,4. Пробы были отобраны сотрудниками СПб НИЦЭБ РАН и доставлены на самолете в течение 24 часов, поэтому пробы не консервировались. Для работы по второму варианту были приготовлены растворы морской воды, пробы которой отобраны в различных акваториях (Карское море, устье Оби, Обская губа), с добавлением антраниловой кислоты (АК), так чтобы в пробах сохранялся фиксированный уровень солености, а менялось содержание контрольного вещества вплоть до 50 мг/л для всех образцов воды, соленость которых изначально была различна.

Для расчета солености морской воды с известной хлорностью использовалось уравнение Кнудсена:

Соленость (S%o)=0,030+1,805(Cl%o) (4)

Результаты исследования представлены на рис. 7 и 8.

Рис. 7 Зависимость интенсивности ХЛ от солености искусственной соленой воды.

Зависимость интенсивности озонохемилюминесценции от солености искусственной морской воды описывается уравнением (5) при (R2=0,948):

Iхл= -0,0108(S‰) + 1,194, (5)

где Iхл – интенсивность озонохемилюминесценции в микроамперах;

S – соленость искусственной морской воды в промилле.

Анализ зависимости, приведенной на рис. 7, позволяет сделать вывод, что в диапазоне солености 25…35, характерной для большей части вод Мирового океана, изменение уровня интенсивности ХЛ, вызванного изменением солености, составляет ±6%. Если учесть, что стандартные методы определения ХПК имеют погрешность ±20%, становится очевидным вывод о пригодности ОХЛ метода для определения суммы органики в соленой воде.

В реальной морской (соленой) воде химическое тушение может значительно отличаться от данных, показанных на рис. 7 из-за присутствия различных тушителей озонохемилюминесценции.

Рис. 8. Зависимость интенсивности ХЛ в морской воде от концентрации антраниловой кислоты (АК):

1 – кривая аппроксимации пробы, отобранная в устье Оби;

2 – кривая аппроксимации пробы, отобранной в Обской Губе;

3 – кривая аппроксимации пробы, отобранной в Карском море.

Зависимость интенсивности озонохемилюминесценции от концентрации органики, в данном случае, от концентрации антраниловой кислоты описывается уравнением (6) при (R2=0,998) для пробы, отобранной в устье Оби:

Iхл= 0,0003(Сак)2 + 0,0268(Сак) + 0,367, (6)

где Iхл – интенсивность озонохемилюминесценции пробы в мкА;

Сак – концентрация антраниловой кислоты в мг/л.

Для других акваторий аналогичные формулы зависимостей приведены в диссертационной работе.

Различные значения интенсивности ОХЛ для трех акваторий связаны с неодинаковым фоновым содержанием органического вещества в природной воде: наибольшие концентрации отмечались в устье Оби, наименьшие – в Карском море. Эти результаты подтверждают ранее сделанный вывод о применимости метода ОХЛ для определения ХПК проб морской воды.

Антраниловая кислота взята в качестве модельного вещества потому что, вещество является органическим соединением, хорошим индикатором, т.к. обладает голубой флуоресценцией, соли антраниловой кислоты со щелочными металлами, а также минеральными кислотами хорошо растворимы в воде.

Также проведено исследование влияния тушителей на интенсивность ОХЛ.

К числу наиболее интенсивных тушителей люминесценции принадлежат: ионы металлов (Cu, Fe, Pb, Co, Cd, Ni, Hg, Mn, Ag и т.п.),

многие анионы (NO3 -, Cl-, Br-, J-, BrO-4 и т.д.),

органические нитро, амино, галоген и серусодержащие соединения, металлорганические соединения практически все они являются факторами негативного антропогенного воздействия на водные экосистемы. На рис. 9 показан пример записи антропогенных веществ (ксенобиотиков), попадающих в водную среду и влияние их на интенсивность ОХЛ процесса.

 Зависимость степени тушения-8

Рис. 9. Зависимость степени тушения озонохемилюминесценции контрольного вещества (Родамин В) от концентрации тушителей: KJ – нижняя кривая, C5H10NS2Na – (диэтилдитил карбамат натрия) верхняя кривая.

Третья глава также посвящена лабораторным и натурным исследованиям качества воды посредством ОХЛ прибора в Суздальских озерах Санкт-Петербурга, в акватории Невской Губы (Угольная Гавань морского порта «Большой порт Санкт-Петербург», в районе причалов № 85, 86, 87) и в акватории морского пассажирского терминала на Васильевском острове Санкт-Петербурга.

Отобранные пробы исследовали двумя методами: ОХЛ методом и затем

пробы воды Суздальских озер передавали в аттестованную и аккредитованную санэпидлабораторию г. Санкт-Петербург, где методом бихроматной окисляемости по международному стандарту ISO 6060 определяли значения ХПК в единицах мгОг/л. Результаты измерений представлены на рис. 10.

 Зависимость величины бихроматной-9

Рис. 10. Зависимость величины бихроматной окисляемости проб (ХПК) от интенсивности ОХЛ Iхл для природных вод, в частности Суздальских озер

Зависимость величины бихроматной окисляемости проб (ХПК) от интенсивности Iхл для природных вод, в частности Суздальских озер описывается уравнением (7) при R2=0,961:

:

ХПК= 0,85+8,89 Iхл , (7)

где Iхл - интенсивность озонохемилюминесценции, в мкА;

ХПК – химическое потребление кислорода.

Исследования в морском порту «Большой порт Санкт-Петербург» проводились с борта патрулирующего судна посредством ОХЛ прибора, а также пробы передавались в аттестованную и аккредитованную санэпидлабораторию г. Санкт-Петербург, где методом бихроматной окисляемости по международному стандарту ISO 6060 определяли значения ХПК в единицах мгОг/л. Сопоставление лабораторных анализов и измерений прибора показала хорошую сходимость результатов (расхождение не превысило ± 6 %). Исследования проведены для контроля экологической безопасности акватории порта «Большой порт Санкт-Петербург» (контролировались несанкционированные сбросы антропогенных веществ и неочищенных стоков с судов в акваторию морского порта). Результаты измерений показали значения, не превышающие предельно-допустимые показатели качества воды по критерию ХПК, о чем свидетельствует Акт внедрения ОХЛ прибора в морском порту «Большой порт Санкт-Петербург». Результаты экспериментов представлены на рис.11.

Рис. 11. Зависимость величины бихроматной окисляемости проб (ХПК) от интенсивности ОХЛ Iхл для природных вод, в частности Угольной Гавани и акватории Невской Губы в районе морского пассажирского терминала на Васильевском острове г. Санкт-Петербурга.

Зависимость величины бихроматной окисляемости проб (ХПК) от интенсивности Iхл для природных вод, в частности акватории Угольной Гавани и Невской Губы в районе морского пассажирского терминала на Васильевском острове г. Санкт-Петербурга описывается уравнением (8) (при R2=0,953):

ХПК= 1,29+8,63 Iхл, (8)

Рассматривая полученные линейные зависимости 7 и 8 можно сделать вывод о сходимости этих результатов и судить о примерно одинаковом содержании органических веществ в водах Суздальских озер и акваторий Невской Губы в районе морского пассажирского терминала на Васильевском острове г. Санкт-Петербурга и Угольной Гавани в районе причалов 85, 86, 87 морского порта «Большой порт Санкт-Петербург».

В четвертой главе представлены экспериментальные исследования контроля качества сточных вод. Макетный образец озонохемилюминесцентного (ОХЛ) прибора в составе системы мониторинга качества природных и очищенных сточных вод (МКВ), предназначенный для непрерывного контроля в потоке пробы суммарного содержания растворенных органических соединений, его отображения в реальном времени на экране монитора и документирования информации был присоединен и испытан совместно с комплексом очистки сточной воды (КОС) типа «БРИЗ», расположенной на територии базы отдыха ФГУП «ЦКБ МТ «Рубин»» на берегу Шаловского озера (Лужский район Ленинградской области).

В качестве места отбора при стыковке ОХЛ прибора в составе системы МКВ с установкой очистки сточных вод типа «Бриз» выбран сливной патрубок системы обеззараживания воды ультрафиолетовым излучением.

Схема подсоединения представлена на рис.12.

Рис. 12. Схема подсоединения ОХЛ прибора к установке очистки сточных вод на базе отдыха ФГУП «ЦКБ МТ Рубин»: 1 — прибор; 2 — гибкий полимерный входной трубопровод (Ду 4); 3 — трубопровод отвода отработанной пробы (Ду 8); 4 — штуцер (Ду 4); 5 — стенка сливного патрубка; 6 — плоский поддон; 7 — входной патрубок для очищенной воды; 8 — откидная крышка; 9 — серия бактерицидных ламп.

В ходе экспедиционных работ проводилось сопоставление результатов, полученных средствами ОХЛ прибора в составе системы МКВ и методами отбора проб и лабораторных измерений. Для полного массива данных на рис. 13 представлена корреляция показателей определения ХПК по методу бихроматной окисляемости и озонохемилюминесцентным методом.

Рис. 13. Взаимосвязь величины бихроматной окисляемости проб (ХПК) от интенсивности озохемилюминесценции Iхл для полного массива данных

Интенсивность ОХЛ линейно зависит от концентрации растворенного органического вещества и аппроксимируется зависимостью (9) (при R2= 0,62):

ХПК = 7,02 + 4,58 Iхл (9)

Подтверждена в натурных условиях обоснованность предложенных научно-технических решений, представительность и достоверность результатов измерений МКВ путем их интеркалибрации с результатами, получаемыми традиционными методами и средствами измерений. Показана принципиальная возможность как дискретного, так и непрерывного в реальном времени контроля природной воды и очищенной сточной воды по критерию ХПК в единицах мгО/л, причем дискретный контроль может быть проведен вручную оператором, не имеющим специальной химико-аналитической подготовки, а непрерывный контроль в реальном времени проводится автоматически в течение продолжительного времени - от нескольких суток и более. Регистрация и документирование результатов контроля чистоты воды, выходящей из очистных сооружений, не только обеспечивают контроль хода технологического процесса, но и могут служить основанием для непринятия необоснованных претензий со стороны природоохранных контрольных служб.

Приведенные данные свидетельствуют, что внедрение в практику работы природоохранных органов судов, оснащенных ОХЛ приборами в составе системы МКВ, позволит существенно улучшить организацию и эффективность выполнения работ, связанных с экологическим контролем и мониторингом.

Результаты исследований свидетельствуют о том, что ОХЛ метод может применяться при контроле качества сточной воды практически на любом этапе технологического процесса (до и после первичных отстойников, вторичных отстойников, фильтров доочистки, блока обеззараживания и т. д.)

ОХЛ метод также может использоваться при контроле качества воды на водозаборных сооружениях, при контроле питьевых вод (в резервуарах чистой воды, водохранилищах и т. д.)

В настоящее время не решен вопрос определения с помощью ОХЛ метода минерализованного азота и фосфора (содержащихся в очищенных сточных водах), ведутся исследования в этом направлении.

В заключении сформулированы основные результаты данной диссертационной работы и приведены следующие выводы:

ВЫВОДЫ:

1. Рассмотрены, проанализированы и систематизированы основные виды техногенных воздействий на водные объекты; оценена эффективность существующих методов экологического контроля, базирующихся на дискретном проботборе и последующем лабораторном анализе, отмечена невозможность решения задач оперативного экологического контроля на их основе.

2. Исследована возможность применения ОХЛ метода контроля общего содержания органических соединений в природных, морских и сточных водах, основанного на окислении органических молекул в потоке водной пробы потоком озоновоздушной смеси и регистрации возникающей ХЛ в реальном масштабе времени.

3. Показано, что между критерием ХПК и интенсивностью ОХЛ показатель аппроксимации составляет 0,62 для проб с содержанием органических соединений в диапазоне значений ХПК 9,7…30 мгО/л. Интенсивность ОХЛ линейно зависит от концентрации растворенного вещества и аппроксимируется зависимостью:

ХПК=7,02+4,58 Iхл (Данная формула применима для контроля качества сточных вод).

4. Изучена зависимость интенсивности ОХЛ природных и сточных вод от ряда мешающих факторов и показано, что в пределах изменения этих факторов, наблюдаемая интенсивность ОХЛ изменяется под действием: кислотности пробы – не более ± 5% (в диапазоне значений рН от 6,5 до 8,0); мутности пробы – не более ± 5%; добавки поверхностно-активных веществ – не более ± 3%; температуры анализируемой пробы – не более ± 6%; общей концентрации минеральных солей – не более ± 10%.

5. Показана принципиальная возможность ОХЛ определения суммарного содержания органических соединений в морской воде с соленостью в диапазоне значений 25…35.

6. Разработана, испытана в лабораторных и натурных условиях система МКВ природных и сточных вод в реальном времени при ее базировании «на берегу», «на борту судна», «на трубе».

7. Впервые произведены измерения общего содержания органических примесей в реальном времени на выходе из станции биологической очистки сточных вод в Лужском районе Ленинградской области.

8. Полученные результаты могут быть использованы в общей базе данных по оценке экологического состояния водных объектов
Санкт-Петербурга и Ленинградской области.

9. Показана практическая значимость и эффективность ОХЛ прибора в составе разработанной системы МКВ.

10. Выведены математические формулы зависимости величины интенсивности озонохемилюминесценции от температуры пробы, pH, мутности, солености искусственной морской воды, концентрации антраниловой кислоты, ХПК, которые были внесены в память ОХЛ прибора для определения таких параметров как ХПК, рН, температура, соленость и мутность воды.

Основное содержание диссертации изложено в работах:

  1. Платонов, Д. Г. Развитие тест-методов в системе экологического контроля водной среды [Текст] / Д. Г. Платонов, Н. В. Новикова,
    А. В. Медимнов, Т. В. Деева // Сб. докл. 64-й науч. конф. ч. 2. – СПб.: СПбГАСУ, 2007.
  2. Платонов, Д. Г. Связь между содержанием растворенного органического вещества и состоянием водной системы [Текст] /
    Д. Г. Платонов, Н. В. Новикова, А. В. Медимнов // Сб. докл. 62-й междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых ч. 2 – СПб.: СПбГАСУ, 2009.
  3. Алексеев, М. И. Применение методологии скрининга при контроле качества воды в водных объектах с использованием озонохемилюминесцентных датчиков [Текст] / М. И. Алексеев, Д. Г. Платонов // Новые исследования в областях водоснабжения, водоотведения, гидравлики и охраны водных ресурсов: Материалы четвертых академических чтений – СПб: ПГУПС, 2009.
  4. Платонов, Д. Г. Контроль качества очистки сточных вод озонохемилюминесцентным методом [Текст] / Д. Г. Платонов // Вестник гражданских инженеров. 2009 –.№2(19). (из списка ВАК)
  5. Платонов, Д.Г. Применение озонохемилюминесцентного метода для выявления экологических правонарушений [Текст] /Д.Г. Платонов //
    Сб. докл. 66-й науч. конф. ч. 2 – СПб.: СПбГАСУ 2009.
  6. Платонов, Д. Г. Применение озонохемилюминесцентного метода при хемилюминесцентном анализе контроля качества воды в водных объектах [Текст] /Д.Г. Платонов // Сб. тез. науч.-практич. молодежной конференции «Чистая вода – здоровье нации» – СПб.:2008 - 2009.
  7. Платонов, Д. Г. Оценка влияния некоторых факторов на интенсивность озонохемилюминесценции в водной среде [Текст] /
    Д. Г. Платонов, Н. В. Новикова, А. В. Медимнов // Вестник гражданских инженеров. 2009. – №3(20). (из списка ВАК)


Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.