3. Влияние и разложение СПАВ в окружающей среде

Водные растворы СПАВ поступают в стоки промышленных вод и в конечном счете в водоемы. Из-за низкой скорости разложения ПАВ вредные результаты их воздействия на природу и живые организмы непредсказуемы. Сточные воды, содержащие продукты гидролиза полифосфатных СПАВ, могут вызвать интенсивный рост растений, что приводит к загрязнению ранее чистых водоемов: по мере отмирания растений начинается их гниение, а вода обедняется кислородом, что в свою очередь ухудшает условия существования др. форм жизни в воде.

Способы очистки сточных вод в отстойниках - перевод СПАВ в пену, адсорбция активным углем, использование ионообменных смол, нейтрализация катионактивными веществами и др. Эти методы дороги и недостаточно эффективны, поэтому предпочтительна очистка сточных вод от СПАВ в отстойниках (аэротенках) и в естественных условиях (в водоемах) путем биологического окисления под действием гетеротрофных бактерий (преобладающий род - Pseudomonas), входящих в состав активного ила. По отношению к этому процессу СПАВ принято делить на " мягкие" и " жесткие". К жестким СПАВ относятся некоторые алкилбензолсульфонаты (напр., тетрапропилбензолсульфонат) и оксиэтилированные изооктилфенолы; в настоящее время они практически не производятся. Степень биоокисления мягких СПАВ зависит от структуры гидрофобной части молекулы СПАВ: при ее разветвленности биоокисление резко ухудшается. Теоретически биоокисление идет до превращения органических веществ в воду и углекислый газ, практически проблема сводится лишь к времени окисления, т. е. к кинетике процесса. Если окончательное окисление происходит медленно, СПАВ успевает произвести вредное влияние на живые организмы и природную среду.

К числу наиболее легко окисляющихся СПАВ относятся первичные и вторичные алкилсульфаты нормального строения. С увеличением разветвления цепи скорость окисления понижается, и наиболее трудно разрушаются алкилбензолсульфонаты, приготовленные на основе тетрамеров пропилена.

При биохимической очистке отработанных растворов СПАВ окисление ведется в присутствии ферментов. С увеличением температуры скорость окисления увеличивается, но выше 350°C ферменты разрушаются. Анионактивные СПАВ адсорбируются на межфазных поверзностях раздела, вследствие чего снижается ферментативный гидролиз жиров, белков и углеводов, приводящий к угнетению жизнедеятельности бактерий.

Механизм биоокисления СПАВ устанавливается путем изучения промежуточных продуктов распада. Так, в промежуточных продуктах распада алкилбензолсульфонатов обнаружены: алкилбензолсульфонаты с короткой алкильной цепью; сульфофенилкарбоновые кислоты в среднем с 4 атомами С в цепи; сульфокарбоновые кислоты с 5-6 атомами С; сульфодикарбоновые кислоты и сульфокислоты. Это позволяет предположить, что биоразложение начинается с концевой метильной группы. Чем ближе остаток продвигается к бензольному кольцу, тем окисление происходит медленнее. Конечной стадией является распад бензольного кольца на ненасыщенные соединения, которые окисляются достаточно быстро и полно.

Алифатические СПАВ окисляются быстрее, чем циклические, причем сульфонаты окисляются труднее, чем сульфаты. Это связано с тем, что сульфаты в воде гидролизуются. Прямоцепочечные первичные и вторичные алкилсульфаты за 1 ч полностью разрушаются в сточных водах. Алкилсульфаты с разветвленной цепью окисляются медленнее, а прямоцепочечные алкилбензолсульфонаты полностью распадаются лишь за 3 суток.

Биоразложение катионактивных СПАВ мало изучено, некоторые исследователи не рекомендуют сбрасывать их в сточные воды.

Рост производства СПАВ привел к появлению крупных предприятий, являющихся локальными источниками загрязнения воды. Высококонцентрированные сточные воды этих предприятий м. б. очищены микробиологическим методом, основанным на использовании высокоактивных культур микроорганизмов. Получены штаммы бактерий, разрушающих алкилсульфаты, алкилсульфонаты, алкилбензолсульфонаты, сульфоэтоксилаты и др. Идентифицированы промежуточные продукты распада, которые являются аналогами природных веществ, нетоксичны и не оказывают неблагоприятного воздействия на окружающую среду. Один из важных результатов бактериального расщепления - отсутствие среди промежуточных продуктов распада веществ с явно выраженной дифильностью молекул. Метод дал положительные результаты для сточных вод, содержащих 500 мг/л СПАВ. Эффективность очистки составила 95-97% за время не более 12 ч. Среди грамотрицательных бактерий обнаружены микроорганизмы (деструкторы), которые усваивают СПАВ как питательный субстрат.

При понижении температуры скорость окисления СПАВ уменьшается и при 0-5°C протекает весьма медленно. Наиболее благоприятные для процесса самоочищения от СПАВ нейтральная или слабощелочная среда (рН=7-9).

С повышением содержания взвешенных веществ и значительным контактом водной массы с донными отложениями скорость снижения концентрации СПАВ в воде обычно повышается за счет сорбции и соосаждения. При значительном накоплении СПАВ в донных отложениях в аэробных условиях происходит окисление микрофлорой донного ила. В случае анаэробных условий СПАВ могут накапливаться в донных отложениях и становиться источником вторичного загрязнения водоема.

Максимальные количества кислорода (БПК), потребляемые 1мг/дм3различных СПАВ колеблется от 0 до 1. 6 мг/дм3. При биохимическом окислении образуются различные промежуточные продукты их распада: спирты, альдегиды, органические кислоты и др. В результате распада СПАВ, содержащих бензольное кольцо, образуются фенолы.

В поверхностных водах СПАВ находятся в растворенном и сорбированном состоянии и в поверхностной пленке воды водного объекта.

В слабозагрязненных поверхностных водах концентрация СПАВ колеблется обычно в пределах тысячных и сотых долей миллиграмма в 1 дм3. В зонах загрязнения водных объектов она повышается до десятых долей миллиграмма, вблизи источников загрязнения может достигать нескольких миллиграммов в 1 дм3.

Попадая в водоемы и водотоки, СПАВ оказывают значительное влияние на их физико-биологическое состояние, ухудшая кислородный режим и органолептические свойства, и сохраняются там долгое время, так как разлагаются очень медленно. Отрицательным, с гигиенической точки зрения, свойством СПАВ является их высокая пенообразующая способность. Имеются сведения о косвенном воздействии СПАВ на гидробионты. Среди анионактивных СПАВ наиболее распространены алкилсульфаты и алкиларилсульфонаты. Оптимальными поверхностно-активными свойствами обладают первичный додецилсульфат и прямоцепочечный додецилбензолсульфонат. Эти вещества термически стабильны, малотоксичны (ЛД501, 5-2 г/кг, белые мыши), не раздражают кожу человека и удовлетворительно подвергаются биологическому распаду в водоемах, за исключением алкиларилсульфонатов с разветвленной алкильной цепью. Они хорошо совмещаются с др. СПАВ, проявляя при этом синергизм, порошки их негигроскопичны. Вторичные алкилсульфаты обладают хорошей пенообразующей способностью, но термически неустойчивы и применяются в жидком виде. Вторичные алкилсульфонаты обладают высокой поверхностной активностью, но весьма гигроскопичны. Перспективными являются СПАВ, у которых гидрофильная часть состоит из нескольких функциональных групп. Напр., динатриевые соли сульфоянтарной кислоты обладают хорошими санитарно-гигиеническими свойствами наряду с высокими коллоидно-химическими и технологически показателями при растворении в жесткой воде. СПАВ, содержащие сульфониламидную группу, обладают биологической активностью. Хорошими свойствами обладает также додецил-фосфат.

Токсическое действие неионогенных поверхностно-активных веществ определяется главным образом неполярной частью молекулы, при этом оно более выражено при наличии в последней ароматического кольца.