Вопрос 27 влияние поверхностно-активных веществ на состояние водной среды

Источник: методичка «Прогнозирование состояния водной среды».

Ответ:

Основная причина, по которой поверхностно-активные вещества (ПАВ) получили широкое распространение в производственно-хозяйственной деятельности, состоит в том, что они уменьшают поверхностное натяжение жидкостей, в которых растворяются. При этом образуются эмульсии или суспензии, в которых в качестве дисперсной фазы оказываются различные загрязняющие вещества. При взаимодействии ПАВ с водой образуются щелочные растворы (снижается жесткость воды), их добавляют в состав синтетических моющих средств.

ПАВ используются в нефтяной промышленности для повышения эффективности добычи нефти, снижения гидравлических сопротивлений при транспортировании высоковязких нефтей и водонефтяных эмульсий, сохранения коллекторских свойств продуктивных горизонтов при проведении текущих и капитальных ремонтов скважин. ПАВ в нефтяной промышленности используются в качестве гидрофобизаторов, ингибиторов коррозии, деэмульгаторов, моющих веществ. ПАВ используются при получении полимеров, в составе буровых растворов, для заводнения нефтяных пластов, борьбы с отложениями парафина.

В зависимости от области применения в состав ПАВ включают разнообразные компоненты: отбеливатели, ферменты, ингибиторы коррозии, душистые вещества и др. Наиболее известны следующие классы ПАВ: анионоактивные, катионоактивные и неионогенные. Анионоактивные ПАВ включаются в состав большинства моющих средств. Катионоактивные ПАВ обладают антибактериальными свойствами, они используются в текстильной промышленности. Анионоактивные и катионоактивные ПАВ содержат натрий, серу, фосфор, иногда азот, галогены или кислотную группу, неионогенные ПАВ содержат только углерод, водород и кислород.

Загрязнение водных ресурсов ПАВ отрицательно влияет на качество подземных питьевых вод, самоочищающуюся способность водоемов, на использующие эту воду теплокровные организмы, биоту природных вод. При попадании ПАВ в водоемы уменьшается количество растворенного в воде кислорода, который расходуется на окисление ПАВ, повышается концентрация нефтепродуктов, в результате эмульгирования в поверхностных пленках ПАВ, наблюдается образование значительного количества стойкой пены (из-за высокой пенообразующей способности ПАВ). Это затрудняет доступ кислорода в толщу природных вод и ухудшает процессы самоочищения. В пене концентрируются органические загрязнения, болезнетворные микроорганизмы, ПАВ.

Наибольшей пенообразующей способностью обладают неионогенные ПАВ (достаточно концентрации 10 мг/л). Пена разносится ветром, попадает на почву, загрязняя ее. Пена портит внешний вид водоемов, препятствует его использование для отдыха. ПАВ токсичны для рыб. Наиболее опасными для рыб и донных организмов являются алкиларилсульфонаты, неионогенные ПАВ менее токсичны.

При совместном присутствии в воде ПАВ (0,5 мг/л), пестицидов, фосфатов и других высокотоксичных веществ, последние всасываются в кровь быстрее и в больших количествах, чем в отсутствие ПАВ. ПАВ способствуют эмульгированию и стабилизации в воде других химических веществ и тем самым повышают опасность воздействия их на окружающую среду. Так, при концентрации 0,5 мг/л ПАВ способствует росту количества эмульгированной нефти, что затрудняет очистку воды на очистных сооружениях и увеличивает вероятность попадания в питьевую воду нефти после очистных сооружений.

ПАВ неблагоприятно влияют, а иногда делают невозможной очистку сточных вод общепринятыми методами. Так, сточные воды, содержащие соли нефтяных сульфокислот, неиогенные ПАВ, нельзя очистить биохимическим методом, потому что ПАВ являются ядами для биоценоза, практически не окисляются, снижают соотношение биологической потребности кислорода и окисляемости, замедляют рост активного ила и тормозят процесс нитрификации, вызывают образование обильной устойчивой пены. Аэротенки могут работать в устойчивом режиме при содержании вышеупомянутых ПАВ не более 10 мг/л. Очистка жидких отходов упариванием также затруднена в присутствии ПАВ из-за обильного пенообразования, что затрудняет работу дистилляционных установок, а при переходе пены в конденсат приводит к уносу загрязнений.

Пептизирующее, солюбилизирующее воздействие ПАВ и их химическое сродство к осадкам снижают эффективность очистки сточных вод коагуляцией и химическим осаждением и вызывают появление дополнительных трудноосаждаемых взвесей. ПАВ способны образовывать комплексные соединения, способствуют образованию объемистых и труднообезвоживаемых осадков, что снижает эффективность химических методов очистки.

ПАВ препятствуют обессоливанию сточных вод методом ионного обмена и электродиализа. В результате экранирования пор ионообменных смол большими по размерам гидрофобными частицами ПАВ уменьшается обменная емкость ионообменных смол. Из-за солюбилизирующего воздействия ПАВ уменьшается механическая прочность ионитов. Это приводит к их безвозвратным потерям, особенно при регенерации. Попадая в водоемы, ПАВ придает воде неприятный запах и привкус, хлорирование воды усиливает его.

В составе некоторых ПАВ присутствует полифосфатный связывающий агент – триполифосфат натрия. Фосфорные компоненты реагируют с водой (гидролизация), триполифосфаты превращаются в смесь не токсичных для человека и водных животных монофосфатов (типа Н₂РО₄), которые стимулируют рост водных растений, эвтрофикацию водоемов.

Загрязнение воды ПАВ вызывает существенное усиление коррозии. На территории нефтепромысла ПАВ, благодаря смачивающей и моющей способности, вымывают нефти и нефтепродукты из почвы, дополнительно загрязняя водоемы. Наличие в воде ПАВ снижает ее способность насыщаться кислородом. На равнинных реках при концентрации ПАВ 1 мг/л интенсивность аэрации понижается до 60%. Легко проникая через почву, различные ПАВ загрязняют грунтовые воды и распространяются с ними на большие расстояния – до 3 км. При этом ПАВ увлекают за собой, переводя в растворенное состояние, жидкие и твердые загрязнения, содержащиеся в сточных водах (нефть, нефтепродукты, углеводороды, канцерогенные вещества, микроорганизмы). Негативное воздействие ПАВ на водную систему возрастает с увеличением солености воды. Так, при содержании ПАВ 10 мг/л, при солености воды 26^о/_оо, гибнут рыбы из-за резкого падения (под влиянием ПАВ) поверхностного натяжения воды. Естественное самоочищение водоемов от ПАВ протекает медленно, особенно в холодный период года или в водоемах с недостаточным разбавлением сточных вод (малые реки).