ТЕКСТИЛЬНЫЕ ПРЕДПРИЯТИЯ КАК ИСТОЧНИКИ ТОКСИЧНОСТИ СТОЧНЫХ ВОД

АННОТАЦИЯ

Текстильная промышленность, играющая важную роль в экономике страны, является источником значительного количества сточных вод.

Сточные воды красильно-отделочных отделений текстильных предприятий характеризуются значительной неравномерностью поступления, как по расходу, так и по составу загрязняющих веществ, характеризующихся устойчивостью, токсичностью и низкой способностью к биодеструкции.

Методом биотестирования определена токсичность модельных растворов 6 красителей, применяемых при окрашивании тканей на предприятиях. Показано, что степень вредного воздействия на окружающую природную среду наименьшая у раствора Blue TBG, наибольшая – Y145 и Red SPD.

ABSTRACT

The textile industry, which plays an important role in the country's economy, is the source of a significant amount of wastewater.

Wastewater from the dyeing and finishing departments of textile enterprises is characterized by a considerable uneven flow, both in terms of consumption and the composition of pollutants, characterized by stability, toxicity and low biodegradability.

The biotesting method was used to determine the toxicity of model solutions of 6 dyes used for dyeing fabrics in enterprises. It has been shown that the degree of harmful effect on the natural environment is the lowest for the Blue TBG solution, the highest for Y145 and Red SPD.

Ключевые слова: токсичность, биотестирование, тест-объект, активные красители, сточные воды.

Keywords: toxicity, biotesting, test object, reactive dyes, waste water.

Введение

Одну из лидирующих позиций в структуре промышленности Узбекистана занимает текстильное производство. Расширение и рост количества предприятий, занимающихся переработкой хлопкового волокна до готовой продукции, приведет не только к улучшению экономики Республики Узбекистан, но и к усложнению экологической ситуации. Текстильная промышленность является одним из серьезных источников загрязнения окружающей среды во всех странах мира [1] на протяжении всей цепочки технологического процесса от производства волокна до отделки тканей [2].

Это связано с использованием в технологических процессах широкого ассортимента красителей, поверхностно-активных веществ, окислителей и других химических реагентов [3]. Современные красители характеризуются низкой способностью к биодеструкции, устойчивостью к химическим и температурным воздействиям окружающей среды [4].

Результатом поступления красителей в водную среду является их токсическое воздействие, обусловленное длительным присутствием в окружающей среде и накоплением в донных отложениях и водных формах жизни, разложением загрязняющих веществ на канцерогенные или мутагенные соединения, а также низкой аэробной биоразлагаемостью [5].

Попадая со сточными водами в объекты окружающей среды, красители не только очень заметны, нарушая эстетическое восприятие водной среды, но и отрицательно влияют на процессы самоочищения водоемов. [6].

Кроме того, красильно-отделочное производство - одно из самых водоемких производств [7]. Удельное потребление воды на отделку тонны текстильных материалов в среднем составляет около 100 m³.

Активные красители являются одним из важнейших классов красителей для крашения и печатания материалов из натуральных волокон, особенно хлопка. Эта группа красителей получила названия активных (в зарубежной литературе – реактивных) в силу того, что в молекуле красителей имеются атомы или группы атомов (Cl, F, –SO₂–CH=CH₂), за счет которых они способны реагировать с функциональными группами натуральных и некоторых химических волокон с образованием ковалентной связи. Благодаря этой связи активные красители более устойчивы к мокрым обработкам, чем красители, которые удерживаются на волокне за счет солеобразных, водородных связей, ван-дер-Ваальсовых связей и других сорбционных сил [8].

Вид материала и цветовая гамма оказывают влияние на качественный и количественный состав электролита, в качестве которого применяется хлорид или сульфат натрия. Концентрация этих компонентов составляет от 10 до 90 г/л, а содержание соды изменяется от 10 до 20 g/dm³ [9].

Температура сточных вод красильных отделений колеблется от 25 до 40 °С. Однако может достигать и 80 °С при отсутствии или недостаточном объеме усреднителя сточных вод. Поступление сточных вод с повышенной температурой в открытые водоемы приводит к ускорению химических и биохимических реакций, ведущих к дефициту кислорода, неприятным запахам и подавлению активности большинства микроорганизмов.

Величина рН сточных вод изменяется в интервале 7-12. Среднее значение обычно составляет 10,0-10,8. В процессах отварки и отбелки образуются самые щелочные сточные воды, это связано с наличием в них гидроксида натрия. Сточные воды последних стадий промывки обычно имеют нейтральную величину рН. Величина рН сточных вод влияет на физико-химические свойства воды в водоприемнике, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на водных организмах, растениях и людях. Очевидно, что щелочные сточные воды повышают pH речной воды, повышают солесодержание почвы, изменяет проницаемость почвы, что приводит к загрязнению подземных водных ресурсов [10].

Использование карбонатов и солей натрия в процессе окрашивания и электролитов (гидроксида натрия) в процессе отбеливания вызывает увеличение солесодержания сточных вод. Среднее значение солесодержания сточных вод составляет 3,0-5,0 g/dm³, что выше допустимых пределов, установленных нормами приема сточных вод в городскую канализацию. Поступление таких сточных вод в водоемы повышает солесодержание почв, что может привести к тому, что пахотные земли частично или полностью могут стать бесплодными.

Значения взвешенных веществ обычно ниже нормативов приема в городскую канализацию (ПДК) и находится в диапазоне 50-250 mg/dm³. При поступлении сточных вод с такими значениями взвешенных веществ в открытые водоемы они могут аккумулироваться в поверхностных слоях водоема, уменьшая проникновение света в воду и в конечном итоге снижая фотосинтез. Уменьшение скорости фотосинтеза снижает уровень растворенного кислорода в воде, что приводит к уменьшению степени очистки сточных вод на сооружениях биологической очистки и снижает степень самоочищения водоема.

Коллоидные вещества и пена, присутствующие в красильном стоке, придают воде непривлекательный внешний вид и неприятный запах, препятствуют проникновению солнечных лучей в толщу воды, необходимых для фотосинтеза [11].

Значение величины ХПК сточных вод текстильных производств находятся в диапазоне от 0,9 до 3,0 g/dm³, что превышает ПДК на сброс в городскую канализацию (500 mg/dm³). Величина БПК находится в диапазоне 300-550 mg/dm³. Соотношение БПК и ХПК сточных вод составляет 0,2-0,34, что

На основании вышесказанного можно сделать вывод, что текстильные предприятия являются серьезными потенциальными источниками загрязнения и очень важными источниками токсичных сточных вод.

В данной работе проведено сравнение токсичности модельных растворов красителей, используемых для крашения хлопчатобумажного полотна.

Материалы и методы

Токсичность модельных растворов различных активных красителей (Blue RS, Yellow 145, Blue SPD, Red SPD, Yellow 4gl, Blue TBG) определялась по методикам [12,13].

В задачи исследований входило определение острого токсического действия красителя по смертности (летальности) дафний за определенный период экспозиции. Критерием острой токсичности (согласно вышеупомянутым методикам) служила гибель 50% и более дафний за 96 часов в исследуемой воде при условии, что в контрольном эксперименте гибель их не превышала 10%.

Таким образом, в экспериментах по определению острого токсического действия, выявлены:

• острая токсичность или средняя летальная концентрация красителя (кратность разбавления), вызывающая гибель 50% и более тест-организмов (ЛК_50-96, ЛКР_50-96);
• безвредная, не вызывающая эффекта острой токсичности, концентрация красителя (кратность разбавления водной вытяжки отходов, содержащих смеси ве­ществ), вызывающая гибель не более 10 % тест-организмов (БК_10-96, БКР_10-96).

Все исследования проводились в строго одинаковых условиях при использовании идентичной химической посуды во всех экспериментах. По 3 повторности, каждого из тестируемых образцов.

В качестве тест-объекта использовался представитель низших ракообразных – пресноводный веслоногий рачок дафния (Daphnia longispina O.F.Muller) в возрасте не менее 24 часов и разницей между особями не более 8 часов. Выращивание культуры дафний и биотестирование проводилось в экспериментальном помещении площадью 16 м² с предусмотренными для этих целей условиями освещения и кондиционирования воздуха (лаборатория защиты водных ресурсов, НИИ окружающей среды и природоохранных технологий, Госеомэкологии РУз), экспериментальное помещение представляет собой изолированное помещение с лампами дневного (холодного) света.

Для определения класса опасности исследуемых образцов методом биотестирования в условиях жаркого и засушливого климата, с резкими температурными колебаниями была использована Daphnia longispina O.F.Muller, так как Daphnia longispina O.F. Muller является обычным компонентом озернопрудового комплекса гидробионтов различных равнинных озер Узбекистана.

Биотестирование на дафниях проводилось в стаканах объемом 300 см³, которые заполнялись на 200 см³ исследуемым тестовым раствором с разной концентрацией (степенью разбавления). Началом теста по установлению острого токсического воздействия на дафнии являлся момент добавления тест-объектов в стаканы. В них помещалось по 10 дафний в возрасте 24 часа с разницей между особями не более 8 часов, которые отлавливались из культиваторов с синхронизированной культурой. Для установления острой токсичности тестового вещества в течение 96 часов исследуемый раствор тестировался в 6-ти разбавлениях: 1:40, 1:66,7, 1:100, 1:200, 1:400 и 1:1000.

Результаты и обсуждение

На рисунке 1 представлен график зависимости «% погибших дафний – время» исходных красителей концентрацией ≈50 mg/dm³.

Рисунок 1. Зависимость гибели дафний от времени при биотестировании исходных красителей концентрацией ≈50 mg/dm³

По графику определены средние значения летального времени ЛВ₅₀, которые свидетельствуют о том, что все образцы оказывают острое токсическое действие на тест-организмы. Значения ЛВ₅₀ представлены на рисунке 2.

Рисунок 2. Летальное время ЛВ₅₀ для тест-объектов в исходных растворах красителей

Как видно из рисунка 2 наименее токсичным является раствор Blue TBG, наиболее – Y145 и Red SPD.

Данные по ЛКР _50-96 и БКР _10-96 для исследуемых модельных растворов красителей представлены в таблице 1.

Таким образом, результаты проведенных исследований показали, что из всех изученных красителей, применяемых в процессе крашения на производствах, наиболее токсичным является Yellow 145, безвредная концентрация которого составляет 1,37 mg/dm³. По токсичности красители можно расположить по убыванию следующим образом - Yellow 145, Blue RS, Blue SPD, Red SPD, Yellow 4gl, Blue TBG. Все исходные красители можно отнести к умеренно-токсичным.

Таблица 1.

Данные по ЛКР _50-96 и БКР _10-96 для исследуемых модельных растворов красителей

Выводы.

Результаты биотестирования подтвердили токсичность исследуемых растворов красителей и необходимость токсикологического контроля с целью оценки комбинированного действия загрязняющих веществ сточных вод на водные экосистемы.

Список литературы:

1. Desore A., Narula S. A. An overview on corporate response towards sustainability issues in textile industry // Environment Development and Sustainability, 2018. – 20. -(4), pp. 1439-1459, doi: 10.1007/s10668-017-9949-1.).
2. Шпиз Л. Л., Киршина Е. Ю., Жданова В. А. Очистка сточных вод текстильного производства от красителей // Сборник научных статей Международной научно-практической конференции «Инновация – 2011». Т., – 2011. – С. 325-326.
3. Sivaram N. M., Gopal P. M., Barik D. Toxic waste from textile industries, Chapter 4 //Energy from Toxic Organic Waste for Heat and Power Generation. – Woodhead Publishing, 2019. – С. 43-54. DOI: 10.1016/B978-0-08-102528-4.00004-3
4. Скворцова Л. Н., Чухломина Л. Н., Баталова В. Н., Шерстобоева М. В. Влияние кислотности среды на формы нахождения органических красителей в водных растворах и степень их фотокаталитической деградации в присутствии металлокерамических композитов // Успехи современного естествознания, Химические науки. 2016. № 10.С. 52-56.
5. Gita S., Hussan A., Choudhury T. G. Impact of textile dyes waste on aquatic environments and its treatment. //Environment and Ecology. – 2017. -Т. 35. - № 3. – C.2349-2353 ref.16
6. Hao O. J., Kim H., Chiang P. C. Decolorization of wastewater //Critical reviews in environmental science and technology. – 2000. – Т. 30. – №. 4. – С. 449-505. ttps://doi.org/10.1080/10643380091184237
7. Esenceli N., Tiyek Э. Investigation of New Techniques Used in the Removal of Dyes in Textile Wastewater //2^nd International Conference of Environmental Science and Technology ICOEST2014, Side, Turkey. – 2014. Online ISSN: 2147-3781 www.josunas.org
8. Белопухов С. Л., Яшин М. А., Слюсарев В. И., Нефедьева Е. Э., Шайхиев И. Г. Технологии очистки сточных вод текстильных производств для снижения поступления токсикантов в природные поверхностные воды // Вестник технологического университета. 2015. - Т. 18. - № 5. - С. 199-204
9. Кричевский Г. Е., Корчагин М. В., Сенахов А. В. Химическая технология текстильных материалов. М.: Легпромбытиздат, 1985. 640 с.
10. Prasad A. S. A., Rao K. V. B. Physico chemical characterization of textile effluent and screening for dye decolorizing bacteria //Global journal of biotechnology and biochemistry. – 2010. – Т. 5. – №. 2. – С. 55-62. https://www.idosi.org/gjbb/gjbb 5(2)10/2.pdf
11. Kant R. Textile dyeing industry an environmental hazard // Natural Science. 2012. – T. 4, No.1, С. 22-26. http://dx.doi.org/10.4236/ns.2012.41004
12. 12 Биологические методы контроля. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний». М, «АКВАРОС», 2007. 45 с.
13. РД 118.02-90 «Методическое руководство по биотестированию воды», Ташкент. 2007. 35 с.]