ESTIMATION OF INDUSTRIAL WASTE SAFETY BY THE “CHEMICAL OXYGEN DEMAND” INDEX

Full Text

К числу интегральных и наиболее информативных показателей антропогенного загрязнения окружающей среды промышленными стоками относятся: «биологическое потребление кислорода» (БПК) и «химическое потребление кислорода» (ХПК), оцениваемые количеством атомарного кислорода, необходимого для окисления веществ в 1 дм3 отходов при температуре 20 ºС [7]. Полное биологическое окисление протекает долго (до 20 суток), поэтому на практике ограничиваются или определением пятисуточной потребности в кислороде (БПК5), составляющем для большинства стоков 70-80% полного БПК, или анализом ХПК методом дихроматометрии или перманганатометрии, что является более надежным и быстрым методом оценки содержания окисляемых веществ, в т.ч. устойчивых к биологическому окислению [7]. Типичным промышленным отходом, сбрасываемым в окружающую среду и загрязняющим ее, является послеспиртовая зерновая барда, объем производства которой (10 млн. м3 в год в России) в 12-13,5 раз превышает объем производимого спирта. Именно по причине высокого значения ХПК барда относится к небезопасным экологическим стокам; очистка 1 м3 сточных вод, содержащих барду, приравнивается к очистке 400 м3 типичных промышленных сточных вод [1]. Чтобы разобраться в подобной ситуации, необходимо было установить состав жидкой фазы барды [2, 4]: белки (21,7-46,4%), аминокислоты (20,4-32,4%), восстанавливающие сахара (13,1-17,5%), урониды (0,8-1,4%), жирное масло (8,4-11,1%), флавоноиды (0,35-0,89%), токоферолы (3,4-7,7 мг%), аскорбиновая кислота (6,2-11,4 мг%), биогенные элементы, стероидные сапонины (0,21-0,50%). Перечисленные соединения, кроме сапонинов, не только не токсичны, но и являются биологически активными веществами (БАВ). Следует отметить отсутствие в барде потенциальных токсинов: кислородных радикалов, тяжелых и токсичных элементов, патогенной микрофлоры [3]. Это послужило основанием предположить, что причиной техногенного воздействия барды на окружающую среду является высокая окислительная способность ее компонентов, особенно выраженная в сильно разбавленной среде барды (95-97% воды) и водоемов. Все вышеизложенное определило цель работы - определить вклад БАВ в значение ХПК послеспиртовой зерновой барды. Для реализации этой цели следовало решить задачу: оценить ХПК послеспиртовой зерновой барды до и после выделения БАВ. Объектом исследования служила послеспиртовая барда, полученная из пшеницы обыкновенной (Triticum aestivum Lam.), кукурузы обыкновенной (Zea mays L.), ячменя обыкновенного (Hordeum vulgare L.), проса посевного (Panicum miliaceum L.) на спиртовых предприятиях «Суворовский» и «Казачий» Предгорного и Минераловодского районов Ставропольского края и соответствующая по качеству требованиям ТУ 9296-248-00008064-98 «Барда зерновая». «Маточные растворы», образовавшиеся после выделения БАВ из жидкой фазы барды [5], также явились объектом исследования. Определение ХПК жидкой фазы послеспиртовой барды и маточных растворов проведено методом дихроматометрии (прием обратного титрования) [7]. К 10 см3 барды добавляли 10 см3 0,1 М раствора калия дихромата, 0,4 г сульфата серебра (I) (катализатор), 30 см3 концентрированной серной кислоты. Смесь кипятили в течение 2 ч в колбе с обратным холодильником, после охлаждения смеси к ней добавляли 7-8 капель 0,1% раствора N-фенилантраниловой кислоты и титруют 0,25 М раствором соли Мора до перехода окраски из темно-зеленой в изумрудно-зеленую. Параллельно проводили контрольный опыт. При вычислении ХПК проводится пересчет массы калия дихромата на массу кислорода. Статистически достоверные результаты (n = 7, p = 0,95) определения ХПК барды и маточных растворов представлены в таблице 1. Таблица 1 - Результаты анализа ХПК барды и маточных растворов Объекты анализа* «Казачье» «Суворовский» VT, см3 ХПК, мг О/дм3 VT, см3 ХПК, мг О/дм3 Пшеничная барда 15,90 62418±3120 13,90 54611±2730 М.р. из пшеничной барды 3,95 15497±770 3,50 13731±680 Кукурузная барда 16,35 64184±3109 14,20 55709±2760 М.р. из кукурузной барды 4,30 16870±842 3,75 14712±730 Ячменная барда 15,20 59633±2905 13,66 53591±2640 М.р. из ячменной барды 3,70 14516±730 3,35 13143±655 Просяная барда 16,25 63791±3130 13,80 54140±2550 М.р. из просяной барды 4,50 17654±880 3,80 14980±745 Среднее по барде 62507±3111 54513±2715 Среднее по М.р. 16134±802 14124±705 Примечание: *М.р. - маточный раствор, VT- объем титранта. По полученным значениям ХПК барды можно составить следующий ряд: кукурузная > ячменная > просяная > пшеничная, что согласуется с содержанием суммы БАВ [2, 4]. Барда производства «Суворовский» на 13% имеет меньший показатель ХПК, чем барда, произведенная на предприятии «Казачье», что также согласуется с различиями по содержанию БАВ [2, 4]. В сравнении с исходной бардой, соответствующие маточные растворы характеризуются примерно в 3,9 раза меньшими значениями ХПК, т.е. на 74% отходы барды содержат меньше окисляемых веществ, чем барда. Отходы барды завода «Суворовский» имеют в среднем на 12,5% меньший показатель ХПК, чем предприятия «Казачье». Предельно допустимая концентрация барды по показателю ХПК в пределах 50000-80000 мг О/дм3 в зависимости от растительного источника снижается после переработки барды в 3-5,7 раз, что соответствует аналогичным показателям типичных экологически безопасных промышленных стоков [6], т.е. при условии сброса отходов барды в окружающую среду их можно считать экологически чистыми. Поскольку маточные растворы отличаются от исходной барды отсутствием БАВ и существенно заниженным значением ХПК, следовательно, именно содержащиеся в барде БАВ обусловливают высокие показатели ХПК и определяют барду как небезопасный в экологическом отношении отход. В связи с этим, считаем целесообразным рассмотрение показателя ХПК не как критерия загрязненности стоков, подразумевающего содержание токсичных соединений, а как показателя концентрации окисляемых веществ. Выводы 1. В зависимости от растительного источника и завода-производителя барды по значению ХПК (53591÷64184 мг О/дм3) барда относится к небезопасным экологическим отходам. 2. Выделение суммы БАВ из барды способствует снижению ее ХПК на 74%, что определяет барду как экологически безопасный промышленный отход. 3. Показатель ХПК целесообразно рассматривать как показатель концентрации окисляемых веществ, а не критерий загрязненности стоков.

About the authors

A. S Kayshev

Interregional administration Russian Alcohol Regulation in NCFD, Essentuki

Email: kaishev2010@yandex.ru

N. S Kaysheva

Pyatigorsk Medical and Pharmaceutical Institute - a branch of Volgograd State Medical University, Pyatigorsk

Email: caisheva2010@yandex.ru

N. A Tukhovskaya

Pyatigorsk Medical and Pharmaceutical Institute - a branch of Volgograd State Medical University, Pyatigorsk

References

Supplementary files