Феноли - забруднювачі вод - наукова бібліотека

Історично склалося так, що технологія майже всіх хімічних виробництв розроблялася без урахування її впливу на навколишнє середовище. Дійсно, технологія целюлози і нафти почала створюватися в той час, коли незначні масштаби виробництва не викликали великого забруднення навколишнього середовища. Природно, ці питання не привертали до себе уваги.

Поступово хімічні виробництва розширювалися, збільшувалася і кількість відходів. Стали розроблятися і впроваджуватися технології очищення, і завдяки прийнятим заходам величина забруднення, що припадають на тонну продукції, що випускається, зменшується. Але з розвитком хімічної промисловості абсолютна їх кількість зростає. З'являються і нові хімічні сполуки, які не розкладаються і не знезаражуються в природних умовах, а їх вплив на живі організми може бути катастрофічним.

Загальна кількість речовин-забруднювачів, що утворюються в хімічних галузях промисловості, велике. Так, найважливішими забруднювачами повітряного басейну є окис вуглецю, сірчистий газ, оксиди азоту, пил, сажа, канцерогенні речовини, фтор, аерозолі металів. Забруднювачі водного басейну - різні солі, луги та кислоти, кадмій, ртуть, миш'як, нафта і продукти її переробки, ціаніди і феноли.

Феноли є одним з найбільш поширених забруднень, що надходять у поверхневі води зі стоками підприємств. Скидання фенольних вод у водойми і водотоки різко погіршує їх загальний санітарний стан, впливаючи на живі організми не тільки своєю токсичністю, а й значною зміною режиму біогенних елементів і розчинених газів (кисню, вуглекислого газу).

Процес самоочищення водойм від фенолу протікає відносно повільно і його сліди можуть нестися перебігом річки на великі відстані, тому до скидання фенолсодержащие стоки піддають достатньої очищення.

Фенольним з'єднанням називається речовина, що має в своїй молекулі ароматичне (бензольне) ядро, що містить одну, дві або більше гідроксильних груп. Найпростішим представником фенольних сполук є сам фенол:

Залежно від числа ОН-груп розрізняють одноатомні феноли (наприклад, вищенаведені фенол і крезоли) і багатоатомні. Серед багатоатомних фенолів найбільш поширені двоатомні. Двоатомних фенолів (доіксібензолов) існує три з'єднання:

Пирокатехин Резорцин Гідрохінон

Як видно з наведених прикладів, фенолу властива структурна ізомерія (ізомерія положення гідроксигрупи).

Число відомих фенольних сполук дуже велике. До теперішнього часу їх відомо кілька тисяч, причому з кожним роком їх кількість зростає. Фенольні сполуки прийнято ділити на дві групи:

- летючі з парою феноли (фенол, крезоли, ксиленоли, гваякол, тимол);

- нелеткі феноли (резорцин, пирокатехин, гідрохінон, пирогаллол і інші багатоатомні феноли).

Летючі більш токсичні і мають сильний захід.

Зазвичай феноли в природних умовах утворюються в процесах метаболізму водних організмів, при біохімічному розпаді і трансформації органічних речовин, що протікають як в водної товщі, так і в донних відкладеннях. Фенольні сполуки живих рослинних тканин можна вважати потенційно токсичними речовинами, здатними пригнічувати ріст патогенних грибів або зменшувати швидкість розмноження вірусів.

Феноли є слабкими кислотами (рКа самого фенолу 9,98). Висока реакційна здатність фенолів в реакціях окислення знаходить технічне застосування при використанні фенольних сполук в якості інгібіторів процесів автоокисления масел і жирів і має велике значення в біосинтезі природних фенольних сполук. Найбільш важливою властивістю фенолів з точки зору виділення та ідентифікації є здатність до утворення солей з металами.

За невеликими винятками, всі фенольні сполуки тверді, а їх колір змінюється від світло-жовтого до червоного, коричневого або пурпурного.

Феноли є одним з найбільш поширених забруднень, що надходять у поверхневі води зі стоками підприємств нафтопереробної, сланцеперерабативающей, лісохімічної, коксохімічної, анилинокрасочной промисловості, в результаті лісосплаву, а також зі стоками гідролізної промисловості (переробка нехарчової рослинної сировини целюлозно-паперової і частково текстильної промисловості).

Особливо великі концентрації фенолу в стоках коксохімічне заводів - до 20 г / л, а сучасний коксохімічний завод скидає на добу в водойми до 4-10 т фенолу.

Вода водойми набуває забарвлення, специфічний запах карболки, покривається флуоресціює плівкою, що заважає природному перебігу біологічних процесів у водоймі.

При концентраціях 75 мг / л фенол гальмує процес біологічний очищення в водоймі, при концентрації 0,01-0,1 мг / л в м'ясі риб з'являється неприємний присмак; неприємний смак і запах води зникають тільки при розведенні фенолу до концентрації 0,11 мг / л.

У поверхневих водах феноли можуть перебувати в розчиненому стані у вигляді фенолятов, фенолят-іонів і вільних фенолів.

Феноли в водах можуть вступати в реакції конденсації і полімеризації, утворюючи складні гумусоподобние і інші досить стійкі з'єднання. В умовах природних водойм процеси адсорбції фенолів донними відкладеннями і суспензіями відіграють незначну роль.

Скидання фенольних вод у водойми і водотоки різко погіршує їх загальний санітарний стан, впливаючи на живі організми не тільки своєю токсичністю, а й значною зміною режиму біогенних елементів і розчинених газів (кисню, вуглекислого газу).

В результаті хлорування води, що містить феноли, утворюються стійкі з'єднання хлорфенолів, найменші сліди яких (0,1 мкг / дм3) надають воді характерний присмак і запах.

У токсикологічному і органолептичними відношенні феноли нерівноцінні. Летючі з парою феноли більше токсичні і мають більш інтенсивним запахом при хлоруванні. Найбільш різкі запахи дають простий фенол і крезоли.

Фенол і фенольні сполуки широко використовуються на різних виробництвах. Якщо на підприємстві працювати з чистими сполуками фенолу в великих кількостях і поза спеціально призначених для цього приміщеннях, то, відповідно до Держстандарту, вони можуть викликати алергію, астму, екзему. Виявляється ж захворювання не відразу, а через тижні і місяці щоденного контакту з чистими сполуками в непристосованих умовах.

Присутність фенолів в атмосферному повітрі, з досліджень фахівців, веде, крім того, до захворювань системи кровообігу.

Дуже токсичним є нітрофенольние з'єднання - нітроцен (продукт кам'яновугільних фенолів), динитрофенол і ін.

Ці сполуки використовують як інсектициди, фунгіциди та гербіциди. Впливаючи на окислювальні процеси в тканинах, вони викликають дисоціацію окислювальному форсорізаціі, що, в свою чергу, посилює процеси клітинного окислення, збільшує потребу тканин у кисні і порушує теплопродукцию і терморегуляцію.

Феноли хімічно нестійкі, і піддаються у водному середовищі активного розпаду. Процес самоочищення води від фенолів протікає по шляху біохімічного окислення під впливом ферментів, що виробляються мікроорганізмами.

Прості феноли схильні головним чином біохімічним окислення. При концентрації більше 1 мг / л руйнування фенолів протікає досить швидко, спад фенолів становить 50-75% за три доби, при концентрації кілька десятків мікрограмів в 1 літрі цей процес сповільнюється, і спад за той же час складає 10-15%.

Швидше за всіх руйнується власне фенол, повільніше крезоли, ще повільніше ксиленоли. Багатоатомні феноли руйнуються в основному шляхом хімічного окислення.

Наявність нафтового забруднення уповільнює розпад фенолів, так як биодеградация нафтових вуглеводнів утворює власні феноли, збільшуючи загальну картину забруднень.

Для позбавлення від фенольних сполук в стічних водах можливе застосування модифікації методу Клибанова із застосуванням пероксидази і тальку. Пероксидаза деградує фенольні сполуки до поліфенолів, нерозчинних у воді. При модифікації цього методу, а саме при додаванні в реакційну суміш тальку, відбувається абсорбція нерозчинних продуктів реакції на тальку і випадання з розчину в осад. Завдяки цьому способу можливо повне видалення фенолу з розчину, а також видалення продуктів реакції. Спочатку для видалення фенольних сполук використовувався полівінілпіроллідін. У зв'язку з відносною дешевизною надалі застосовувався тальк.

На коксохімічних же заводах фенолсодержащие стоки води утворюються з вологи шихти і конденсату пара, витраченого на уловлювання хімічних речовин. Волога, що міститься в шихті, і пірогенетичної волога, що утворюється в процесі коксування, виходять з камери разом з коксівним газом. При охолодженні газу водяні пари і феноли конденсуються.

Близько двох третин фенольних вод на коксохімічних заводах утворюється за рахунок вологи, внесеної шихтою в камери коксових печей. Для того щоб скоротити кількість цих вод, проводять сушку вугілля. Так, зниження вологості шихти до 6 відсотків, дозволяє зменшити кількість фенольних вод вУкаіни на 4 млн. Кубометрів на рік.