Научная статья на тему 'Элементный анализ биомассы активного ила в процессах совместной биологической и реагентной очистки сточных вод и оценка возможности ее утилизации'

Элементный анализ биомассы активного ила в процессах совместной биологической и реагентной очистки сточных вод и оценка возможности ее утилизации Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

CC BY
307
51
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД / ИЗБЫТОЧНЫЙ АКТИВНЫЙ ИЛ / РЕАГЕНТНЫЕ ПРЕПАРАТЫ / ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ / ЭЛЕМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ / WASTEWATER TREATMENT / EXCESS BIOACTIVE SLUDGE / REAGENT PREPARATIONS / HEAVY METALS / ELEMENTAL ANALYSIS

Аннотация научной статьи по экологическим биотехнологиям, автор научной работы — Сибиева Л.М., Сироткин А.С., Вдовина Т.В., Трёгл Й., Бровдыова Т.

Целью работы являлось исследование элементного состава активного ила очистных сооружений ряда городов в процессе совместной биологической и реагентной очистки сточных вод, а также оценка путей утилизации осадков. Изучение элементного состава выполнено методом рентгенофлуоресцентного анализа, определение тяжелых металлов методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой с предварительным мокрым озолением образцов в микроволновой печи. Полученные результаты свидетельствуют о наличии значительного количества Ca, P, Si и S в активных илах. Изучено содержание тяжелых металлов во вторичных осадках биологических очистных сооружений и проанализирована возможность применения данных осадков в качестве нетрадиционного удобрения. Повышенное содержание тяжелых металлов было характерно для образцов активного ила очистных сооружений г. Усти над Лабем, Чешская Республика. Вторичные осадки гг. Казань и Зеленодольск по содержанию тяжелых металлов не превышали норм, предусмотренных ГОСТ Р 17.4.3.07-2001, для осадков первой группы. Установлено повышение концентрации некоторых тяжелых металлов после комбинированной биологической очистки с реагентными препаратами.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по экологическим биотехнологиям , автор научной работы — Сибиева Л.М., Сироткин А.С., Вдовина Т.В., Трёгл Й., Бровдыова Т.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ELEMENTAL ANALYSIS OF SEWAGE SLUGE BIOMASS PRODUCED DURING COMBINED BIOLOGICAL AND CHEMICAL WASTEWATER TREATMENT AND EVALUATION OF THE POSSIBILITY OF ITS RECYCLING

The aim of this work was to study the elemental composition of bioactive sewage sludge produced by wastewater treatment facilities located in various cities during the biological and chemical treatment of wastewater. In addition, the possibility of recycling and re-using such sediments was assessed. The elemental composition was characterized using X-ray fluorescence analysis, whereas the presence of heavy metals was determined by the method of inductively coupled plasma mass spectrometry with a preliminary wet ashing of the samples in a microwave oven. The experimental results showed significant amounts of Ca, P, Si and S in the bioactive sludge samples under study. The content of heavy metals in the secondary sediments of biological wastewater treatment plants was studied, with the possibility of using these sediments as an unconventional fertilizer being assessed. The increased content of heavy metals is shown to be characteristic of samples obtained from a wastewater treatment plant in Ústí nad Labem, Czech Republic. The secondary precipitates from the cities of Kazan and Zelenodolsk did not exceed the norms established for the 1st group sediments by GOST R 17.4.3.07-2001, 2008 in terms of the heavy metal content. An increase in the concentration of some heavy metals after a combined biological treatment with reagent preparations was established.

Текст научной работы на тему «Элементный анализ биомассы активного ила в процессах совместной биологической и реагентной очистки сточных вод и оценка возможности ее утилизации»

ПРИКЛАДНАЯ ЭКОЛОГИЯ / APPLIED ECOLOGY Оригинальная статья / Original article УДК 628.356.57

DOI: http://dx.doi.org/10.21285/2227-2925-2018-8-4-184-191

ЭЛЕМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ БИОМАССЫ АКТИВНОГО ИЛА В ПРОЦЕССАХ СОВМЕСТНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ И РЕАГЕНТНОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ЕЕ УТИЛИЗАЦИИ

© Л.М. Сибиева*, А.С. Сироткин*, Т.В. Вдовина*, Й. Трёт**, Т. Бровдыова**, Й.В. Кобелева*

* Казанский национальный исследовательский технологический университет 420015, Российская Федерация, г. Казань, ул. Карла Маркса, 68 ** Университет им. Яна Евангелиста Пуркине 40096, Чехия, г. Усти над Лабем, ул. Пастерова, 1

РЕЗЮМЕ. Целью работы являлось исследование элементного состава активного ила очистных сооружений ряда городов в процессе совместной биологической и реагентной очистки сточных вод, а также оценка путей утилизации осадков. Изучение элементного состава выполнено методом рентге-нофлуоресцентного анализа, определение тяжелых металлов - методом массспектрометрии с индуктивно-связанной плазмой с предварительным мокрым озолением образцов в микроволновой печи. Полученные результаты свидетельствуют о наличии значительного количества Ca, P, Si и S в активных илах. Изучено содержание тяжелых металлов во вторичных осадках биологических очистных сооружений и проанализирована возможность применения данных осадков в качестве нетрадиционного удобрения. Повышенное содержание тяжелых металлов было характерно для образцов активного ила очистных сооружений г. Усти над Лабем, Чешская Республика. Вторичные осадки гг. Казань и Зелено-дольскпо содержанию тяжелых металлов не превышали норм, предусмотренных ГОСТР 17.4.3.07-2001, для осадков первой группы. Установлено повышение концентрации некоторых тяжелых металлов после комбинированной биологической очистки с реагентными препаратами.

Ключевые слова: очистка сточных вод, избыточный активный ил, реагентные препараты, тяжелые металлы, элементный анализ.

Информация о статье: Дата поступления 27 февраля 2018 г.; дата принятия к печати 25 ноября 2018 г.; дата онлайн-размещения 29 декабря 2018 г.

Для цитирования: Сибиева Л.М., Сироткин А.С., Вдовина Т.В. , Трёгл Й., Бровдыова Т., Кобелева Й.В. Элементный анализ биомассы активного ила в процессах совместной биологической и реагентной очистки сточных вод и оценка возможности ее утилизации // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2018. Т. 8, N 4. С. 184-191. DOI: 10.21285/2227-2925-2018-8-4-184-191

ELEMENTAL ANALYSIS OF SEWAGE SLUGE BIOMASS PRODUCED DURING COMBINED BIOLOGICAL AND CHEMICAL WASTEWATER TREATMENT AND EVALUATION OF THE POSSIBILITY OF ITS RECYCLING

© L.M. Sibieva, A. S. Sirotkin, T. V. Vdovina, J. Trogl, T. Brovdyova, Y.V. Kobeleva

Kazan National Research Technological University 68, Karl Marx St., Kazan, 420015, Russian Federation University of Jan Evangelist Purkyne 1, Pasteurova St., Usti nad Labem, 40096, Czech Republic

ABSTRACT. The aim of this work was to study the elemental composition of bioactive sewage sludge produced by wastewater treatment facilities located in various cities during the biological and chemical treatment of wastewater. In addition, the possibility of recycling and reusing such sediments was assessed. The elemental composition was characterized using X-ray fluorescence analysis, whereas the presence of heavy metals was determined by the method of inductively coupled plasma mass spectrometry with a preliminary wet ashing of the samples in a microwave oven. The experimental results showed significant amounts of Ca, P, Si and S in the bioactive sludge samples under study. The content of heavy metals in the secondary sediments of biologi-

cal wastewater treatment plants was studied, with the possibility of using these sediments as an unconventional fertilizer being assessed. The increased content of heavy metals is shown to be characteristic of samples obtained from a wastewater treatment plant in Usti nad Labem, Czech Republic. The secondary precipitates from the cities of Kazan and Zelenodolsk did not exceed the norms established for the 1st group sediments by GOST R 17.4.3.07-2001, 2008 in terms of the heavy metal content. An increase in the concentration of some heavy metals after a combined biological treatment with reagent preparations was established. Keywords: wastewater treatment, excess bioactive sludge, reagent preparations, heavy metals, elemental analysis

Information about the article: Received February 27, 2018; accepted for publication November 25, 2018; available online December 29, 2018.

For citation: Sibieva L. M., Sirotkin A. S., Vdovina T.V., Trogl J., Brovdyova T., Kobeleva Y.V. Elemental analysis of sewage sluge biomass produced during combined biological and chemical wastewater treatment and evaluation of the possibility of its recycling. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya [Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology]. 2018, vol. 8, no. 4, pp. 184-191. (In Russian). DOI: 10.21285/2227-2925-2018-8-4-184-191

ВВЕДЕНИЕ

Утилизация осадков сточных вод во всем мире предстает чрезвычайно острой проблемой. В первую очередь образование осадков связано с избыточным активным илом (АИ), непрерывно образующимся в результате аэробной биологической очистки. Аи - это сложный биоценоз, состоящий из бактерий, архей, вирусов, простейших и грибов, которые благодаря своей жизнедеятельности способствуют удалению загрязняющих веществ из водной среды. В результате интенсивного потребления компонентов стоков АИ значительно увеличивается в массе, и количество приросшего ила должно подвергаться изъятию из цикла очистки, обезвоживанию и утилизации [1]. Обработка и использование данных отходов сопровождаются серьезными трудностями, которые обусловлены высокой вязкостью, влажностью, удельным сопротивлением фильтрации осадков, наличием в них токсичных веществ, тяжелых металлов (ТМ) и патогенных микроорганизмов [2, 3].

К другим проблемам сооружений очистки относится то, что биологическая обработка сточных вод, которая высокоэффективна при удалении органических веществ, оказывается недостаточно действенным методом для достижения должной степени очистки от взвешенных веществ, фосфорных соединений и ТМ [4]. Традиционным способом для решения указанных задач является обработка сточных вод реагент-ными препаратами (коагулянтами и флокулян-тами). Схемы применения коагулянтов и фло-кулянтов предполагают их внесение в первичный, вторичный отстойники либо, что в настоящее время приобретает широкое распространение, непосредственно в аэротенк, где происходит биологическая очистка активным илом. Последний способ имеет большую эффективностью очистки благодаря интенсивности и равномерности перемешивания в барбатируемых аэротенках [5]. При этом внесение в биологическую систему химических препаратов может вы-

звать интоксикацию неадаптированного АИ, повлиять на его сорбционные, физико-химические свойства, изменить его химический состав [6].

Среди множества способов утилизации осадков сточных вод наиболее привлекательным оказывается использование их в качестве органоминерального удобрения. Для осадков характерно высокое содержание органического вещества (44,5-80,0%), азота (3,4-4,0%), фосфора (0,5-5,0 %) и других макро- и микроэлементов [2, 7]. Согласно ГОСТ Р 17.4.3.07-20011 осадки, используемые в качестве нетрадиционного удобрения, должны соответствовать установленным нормам. Одним из основных показателей, которые нормируются, являются содержание тяжелых металлов. ТМ могут активно сорбироваться АИ [8]. Микроорганизмы АИ аккумулируют соли ТМ из водных сред. Концентрации ТМ в биомассе АИ значительно превышают их концентрации в сточных водах. При биологической очистке сточных вод промышленных предприятий в АИ могут накапливаться ТМ в следующем количестве, мг/кг сухого вещества, не более: Cu - 2000, Zn - 5000, Ni - 1800, Pb - 1600, Hg - 20. При этом, чем больше загрязнена вода, тем выше концентрация ТМ в иле. По степени токсичности ТМ можно расположить в следующем порядке: Sb > Ag > Cu > Hg > Co > Ni > Pb > Cr> V > Cd > Zn > Fe [9].

Согласно работам T.A. Kurniawan с соавторами [10], Е.Г. Филатовой [11]., реагентная обработка может дополнительно способствовать осаждению ТМ. Таким образом, в условиях повышения степени применения физико-химической

1 ГОСТ Р 17.4.3.07-2001. Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений; принят и введен в действие постановлением Госстандарта России от 23.01.2001 г. № 30-ст / State Standard 17.4.36.07-2001. Nature protection. Soils. Requirements for sewage sludge use for fertilization. Moscow: Standartinform Publ., 2008, 5 p.

очистки вместе с биологической очисткой сточных вод актуальными являются исследования, посвященные изучению влияния реагентной обработки на состав и свойства АИ.

В настоящей работе рассмотрены, с одной стороны, элементный состав и содержание ТМ во вторичных осадках сточных вод различных городов, с другой - влияние традиционных и новых реагентных препаратов на содержание ТМ. На основе полученных результатов определены наиболее оптимальные направления утилизации данных осадков.

Целью работы является исследование элементного состава биомассы активного ила в процессе совместной биологической и реагентной очистки сточных вод, а также оценка путей утилизации данных осадков.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Объектами экспериментальных исследований являлись:

- АИ, отобранный из биологических очистных сооружений (БОС) гг. Казань, Зеленодольск, Чистополь и Усти над Лабем (Чешская республика);

- инновационные комплексные реагенты компании VTA - Biokat P 500 и Nanofloc в виде основных (готовых) растворов;

- традиционные коагулянты- FeCl3 и Al2(SO4)3.

Реагент VTA Biokat P 500 - комплексный коа-

гулянт-флокулянт, состоит из хлорида железа (II), полиалюминия гидроксихлорида и эпихлор-гидрин-диметиламина сополимера. Реагент представляет собой жидкость желтого или зеленого цвета, плотностью 1,3 г^м3, pH=1. Полностью смешивается с водой, приводит к удалению фосфатов из сточной воды, повышает скорость седиментации АИ [12].

Реагент VTA Nanofloc - коагулянт, состоящий из наночастиц железа. Применение реагента в процессе очистки сточных вод приводит к интенсивному осаждению взвешенных частиц и небольшому удалению фосфатов.

Сульфат алюминия (Al2(SO4)3-18H2O) представляет собой кристаллы белого цвета с серым или голубоватым оттенком. Применяется в качестве коагулянта для очистки воды хозяйственно-питьевого и промышленного назначения. Хорошо растворяется в воде.

Хлорид железа (FeCl3 6H20) - гигроскопичные желтые кристаллы, хорошо растворимые в

воде. Применение коагулянта при очистке сточных вод позволяет добиться эффективного очищения воды и удаления из нее нерастворимых и растворимых примесей. В результате реакции гидролиза, которую обеспечивает FeCl3, вода очищается от органических и неорганических веществ.

Экспериментальные исследования с моделированием процесса комбинированной биологической и реагентной очистки сточных вод проводились в лабораторных условиях. Концентрация АИ составляла 2,5 г/дм3 по сухому веществу. В системы АИ вносили раствор фосфатов в количестве 10 мг/дм3, реагенты Biokat P 500, Nanofloc, а также FeCl3 и Al2(SO4)3 в количествах, 50 мкл/ дм3, 40 мкл/дм3, 53 мг/дм3 и 55 мг/дм3 соответственно. Дозировки реагентов были приняты для эффективного удаления фосфатов на основании литературных данных и проведенных испытаний [12, 13].

Определение зольности было выполнено методом сжигания высушенного АИ с известным содержанием сухого вещества в муфельной печи при 600 °С до постоянной массы.

Подготовка проб к определению элементного состава и содержания металлов состояла из последовательных операций по высушиванию и измельчению проб. Определение элементного состава образцов АИ выполнялось методом рентгенофлуоресцентного анализа (РФА) с помощью анализатора Olympus DELTA Professional.

Определение валового содержания металлов As, Cd, Cr, Co, Cu, Ni, Pb, Sb, Tl, Zn, V, Mn, Hg производили методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой с предварительным мокрым озолением образцов избыточного АИ в микроволновой печи.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Результаты определения зольности проб АИ представлены в табл. 1.

Данные о зольности проб АИ позволяют судить о соотношении минеральных и органических веществ в составе АИ. Наибольшим содержанием зольных компонентов характеризуются АИ г. Чистополя и г. Усти над Лабем, что обусловлено преобладающим объемом промышленных сточных вод, поступающих на очистку.

Элементный состав АИ является показательным результатом соотношения элементов в сточной воде.

Таблица 1

Зольность проб активного ила

Table 1

Ash content in activated sludge samples

Место отбора проб АИ (БОС) Зеленодольск Казань Чистополь Усти над Лабем

Зольность, % 20 ± 2 25 ± 2 35 ± 2 34 ± 3

В табл. 2 приведены результаты исследования элементного состава проб АИ методом рент-генофлуоресцентного анализа.

Согласно полученным результатам, в составе илов различных биологических очистных сооружений отмечается сходство по ряду элементов. Преобладающими элементами в составе активных илов являются Са, Р, Б1 и Б. Однако имеются отличия в количественном соотношении некоторых элементов в осадках БОС разных городов. В АИ г. Зеленодольска зарегистрировано высокое количество Са и Б.

Вторичные осадки г. Казани характеризуются наибольшим содержанием Р, К, С1, что связано со значительным объемом коммунально-бытовых сточных вод, поступающих на очистку. Поступление большей части промышленных сточных вод и реагентная технология очистки в БОС г. Чистополя приводит к наличию в осадках высоких количеств Ре, А1, N Т и других металлов и меньшего содержания Р и Б. Вторичные осадки БОС г. Усти над Лабем по очистке преимущественно промышленных стоков характеризуются также содержанием металлов: Са, Ре, 2п, И, V и Аэ. Содержание Са и Р в данном иле довольно велико и составляет 11,9 и 3,4% соответственно.

Соотношение коммунально-бытовых сточных вод и промышленных стоков, а также свойства этих вод одних БОС часто существенно

отличаются от других. Отличие в содержании элементов в АИ разных БОС обусловлено характеристиками сточных вод, поступающих на очистные сооружения.

Наличие таких элементов, как Са, Р, Б, К, Ре в достаточно высоком количестве, а также содержание металлов 1^п, 2п, Мо, Си и др. позволяет рассматривать эти осадки как потенциальный источник питательных макро- и микроэлементов для растений [7]. Однако для полного анализа свойств осадков необходимо определить точное количество ТМ в составе АИ. Результаты количественного анализа проб осадков на валовое содержание ТМ представлены в табл. 3.

Полученные результаты в целом коррелируют с результатами рентгенофлуоресцентного анализа. В табл. 3 представлены нормативные значения элементов для осадков сточных вод, вносимых в почвы в качестве нетрадиционного удобрения. Осадки группы I используются под все виды сельскохозяйственных культур, кроме овощных, грибов, зеленных и земляники. Осадки группы II используют под зерновые, зернобобовые, зернофуражные и технические культуры. Кроме того, осадки обеих групп используются в промышленном цветоводстве, зеленом строительстве, лесных и декоративных питомниках, для биологической рекультивации нарушенных земель и полигонов твердых бытовых отходов1.

Таблица 2

Элементный состав проб активного ила

Table 2

Elemental composition of activated sludge samples

Элемент Место отбора проб АИ (БОС)

Зеленодольск Казань Чистополь Усти над Лабем

Ca 7,314±0,050 4,666±0,034 4,881±0,035 11,893±0,090

P 3,003±0,05 4,635±0,060 1,990±0,047 3,420±0,060

Si 2,305±0,060 3,863±0,075 9,016±0,120 2,853±0,077

S 2,539±0,026 1,283±0,017 1,097±0,016 0,841±0,015

Fe 1,291±0,014 2,551±0,023 3,816±0,035 4,420±0,039

Al 0,700±0,180 1,335±0,200 2,714±0,220 1,363±0,235

K 0,519±0,005 0,759±0,007 0,713±0,006 0,490±0,005

Cl 0,424±0,007 0,586±0,008 0,111 ±0,005 0,147±0,005

Zn 0,095±0,002 0,085±0,002 0,069±0,001 0,440±0,005

Cu 0,024±0,001 0,038±0,001 0,038±0,001 0,026±0,001

Mn 0,024±0,002 0,077±0,003 0,073±0,004 0,023±0,003

Sr 0,045±0,001 0,035±0,000 0,022±0,000 0,018±0,000

Ti 0,037±0,011 0,068±0,012 0,171±0,013 0,202±0,015

Cr не обнаружен 0,028±0,003 0,015±0,003 не обнаружен

Ni не обнаружен 0,025±0,001 0,027±0,002 не обнаружен

Th 0,004±0,001 0,003±0,001 0,003±0,001 не обнаружен

Zr 0,003±0,000 0,004±0,000 0,009±0,000 0,007±0,000

Tl 0,003±0,000 0,002±0,000 0,005±0,000 0,003±0,000

Pb 0,002±0,000 0,003±0,000 0,003±0,000 0,006±0,000

Rb 0,002±0,000 0,002±0,000 0,007±0,000 0,003±0,000

Mo 0,001±0,000 0,001±0,000 0,001±0,000 0,001±0,000

V не обнаружен не обнаружен не обнаружен 0,037±0,006

As не обнаружен не обнаружен не обнаружен 0,0011±0,000

U 0,001±0,000 не обнаружен не обнаружен не обнаружен

Содержание Co, Se, Ag, Cd, Sn, Sb, W, Au, Hg, Bi, Mg, Y, In, Tl ниже предела обнаружения

Таблица 3

Валовое содержание твердых металлов в активном иле, мг/кг

Table 3

Gross content of solid metals in activated sludge, mg/kg

Элемент Место отбора проб (БОС) ГОСТ Р 17.4.3.07-2001

по группам

Зеленодольск Казань Чистополь Усти над Лабем I II

As < 0,10 < 0,10 < 0,10 < 0,10 10 20

Cd < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02 15 30

Co < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02 не нормируется

Cr 124,67 346,64 268,18 4,80 500 1000

Cu 196,73 308,90 409,22 205,41 750 1500

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Mn 247,51 785,66 881,01 231,00 не нормируется

Ni 107,05 217,52 362,53 4,00 200 400

Pb < 0,07 < 0,07 < 0,07 < 0,07 250 500

Sb < 0,10 < 0,10 < 0,10 < 0,10 не нормируется

Tl < 0,10 < 0,10 < 0,10 < 0,10 не нормируется

V < 0,10 2,09 7,65 2,30 не нормируется

Zn 833,93 733,02 726,06 4057,00 1750 3500

Hg 0,72 1,53 1,01 26,80 7,50 15

Рис. 1. Валовое содержание металлов в пробах активных илов с реагентными препаратами Fig. 1. Gross metal content in activated sludge samples with reagent preparations

В образцах АИ БОС г. Казань и г. Зелено-дольск превышения нормативных показателей по ТМ не выявлено. Для вторичных осадков г. Чистополя отмечено высокое для I группы осадков содержание N1 Валовое содержание цинка и ртути в образцах ила очистных сооружений г. Усти над Лабем значительно превышает нормативные показатели. Данные вторичные осадки недопустимо вносить в любые виды почв без предварительного обезвреживания, и необходимо искать альтернативные способы утилизации.

188

Результаты исследования реагентного воздействия на элементный состав АИ на примере г. Усти над Лабем представлен на рис. 1.

Согласно полученным результатам внесение реагентов в АИ приводит к повышению содержания некоторых металлов в осадках. В образцах с Biokat P 500 отмечается заметное увеличение содержания ^ и на 10 и 9% выше контрольных вариантов соответственно. В системах с Nanofloc увеличение содержания ^ составляет 5,6%, ^ - 12%, Mn - 7,3%, N - 35,7%,

2п - 6%. В образцах с хлоридом железа в сравнении с контролем отмечено повышение содержания Си на 5,4% и N на 28,8%. В пробах с сульфатом алюминия заметно возрастает уровень содержания Ы1, Сг, Си, Мп, 2п на 36,3; 12,0; 17,4; 6,9 и 9,4% соответственно.

Повышение содержания металлов во вторичных осадках обусловлено коагулирующим воздействием реагентов на ионы металлов, присутствующих в воде. Значительное повышение содержания ТМ характерно для проб с ЫапоАос, что связано с высокой реакционной способностью наночастиц железа, которые в процессе гидролиза реагента в воде приводят к изменению электрических свойств системы и интенсивному вовлечению заряженных ионов металлов в процесс седиментации.

Хлорид железа и сульфат алюминия - традиционные агенты для удаления ТМ. С добавлением в воду коагулянта у частиц происходит сжатие двойного электрического слоя, способствующее сближению их на такое расстояние, при котором проявляются межмолекулярные силы притяжения и частицы укрупняются [11].

Таким образом, количественно оценен эффект реагентной обработки сточных вод для удаления ряда металлов. Показано, что комплексы металлов, образованные под воздействием коагулянтов, накапливаются в составе биомассы и осаждаются вместе с АИ во вторичных отстойниках.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных экспериментальных исследований отмечено следующее:

1. По результатам элементного анализа образцов АИ отмечается высокое содержание таких

элементов, как Са, Р, Б1 и Б. В меньшем количестве в АИ присутствуют Ре, А1, К и 2п. Наличие этих элементов, а также небольшого количества металлов - Мп, Мо, Си и др., позволяет рассматривать АИ как потенциальное удобрение для растений.

2. Результаты определения ТМ в образцах АИ БОС г. Казань и г. Зеленодольск свидетельствуют о невысоком содержании металлов. Такие илы при соответствии требованиям по другим параметрам (наличию патогенных микроорганизмов, токсических веществ), допустимо считать осадками I группы для внесения в почву. Превышение ПДК для I группы осадков по N в АИ г. Чистополя обусловливает отнесение данных илов к II группе. Результаты определения ТМ в АИ г. Усти над Лабем свидетельствуют о завышенном содержании 2п и Нд, что не позволяет рассматривать этот объект в качестве удобрения без предварительной обработки.

3. Количественно охарактеризовано воздействие реагентов на содержание ТМ в АИ. Согласно полученным результатам коагулянты и флокулянты способствуют осаждению ТМ из сточных вод и накоплению их в биомассе АИ. Наибольшее увеличение содержания ТМ в АИ характерно для образцов с ЫапоАос и с А12(Б04)3.

Таким образом, состав вторичных осадков сточных вод, отобранных из разных БОС, имеет характерный элементный состав, однако отличается по ряду элементов, в том числе и по содержанию ТМ. Увеличение содержания ТМ при реа-гентной технологии очистки сточных вод, а также существенные отличия в свойствах АИ разных БОС обусловливают необходимость комплексных исследований свойств осадков для определения путей их утилизации.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК

1. Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. М.: АКВАРОС, 2003. 512 с.

2. Kacprzak M., Neczaj E., Fijatkowski K., Gro-belak A., Grosser A., Worwag M., Rorat A., Bratte-bo H., Almas A., Singh. B.R. Sewage sludge disposal strategies for sustainable development // Environmental Research. 2017. V. 156. P. 39-46.

3. Благоразумова A.M. Обработка и обезвоживание осадков городских сточных вод. Часть 1. Новокузнецк: Изд-во Сиб-ГИУ, 2010. 139 с.

4. Запольский А.Г. Баран А.А. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды. Свойства. Получение. Применение. Л.: Химия, 1987. 208 с.

5. Кобелева Й.В., Гадыева А.А., Сибиева Л.М., Сироткин А.С. Научное обоснование и перспективы применения реагентных препаратов в процессах биологической очистки сточных вод // YOUNG ELPIT 2015. Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов: сб. тр. VII Междунар. науч.-техн. конф. (Самара, 16-20 сентября 2015 г.). Самара: Изд-во

Самарского научного центра, 2015. С. 157-160.

6. Никифорова Л.О., Белопольский Л.М. Влияние тяжелых металлов на процессы биохимического окисления органических веществ: теория и практика. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. 78 с.

7. Пахненко Е.П. Осадки сточных вод и другие нетрадиционные органические удобрения. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. 311 с.

8. Leung W. C., Wong M.F., Chua H., Lo W., Yu P. H. F., Leung C. K. Removal and recovery of heavy metals by bacteria isolated from activated sludge treating industrial effluents and municipal wastewater // Water Sci Technol. 2000. Vol. 41. No. 12. P. 233-240.

9. Зыкова И.В., Панов В.П. Утилизация избыточных активных илов // Экология и промышленность России. 2001. N 12. С. 29-30.

10. Kurniawan T. A., Chan G.Y.S., Lo W.H., Babe S. Physico-chemical treatment techniques for wastewater laden with heavy metals // Chemical Engineering Journal. 2006. No. 118. P. 83-98.

11. Филатова Е.Г. Обзор технологий очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, основанных на физико-химических процессах // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2015. Т. 13. N 2. С. 97-107.

12. Кобелева Й.В., Шерстнева К.В., Кирилина Т.В., Сироткин А.С., Буттингер А., Лейнвебер

В. Оценка влияния перспективного реагента VTA BIOKAT P 500 на эффективность процесса биологической очистки сточных вод // Вода: химия и экология. 2014. N 10. C. 95-100.

13. Харькин С.В. Организация процессов удаления фосфора из сточных вод // Водоочистка. Во-доподготовка. Водоснабжение. 2013. N 11. С. 52-58.

REFERENCES

1. Zhmur N.S. Tekhnologicheskie i biokhimi-cheskie protsessy ochistki stochnykh vod na sooru-zheniyakh s aerotenkami [Technological and biochemical processes of wastewater treatment at structures with aerotanks]. Moscow: AKVAROS Publ., 2003, 512 p. (In Russian)

2. Kacprzak M., Neczaj E., Fijatkowski K., Grobe-lak A., Grosser A., Worwag M., Rorat A., Brattebo H., Almas A., Singh. B.R. Sewage sludge disposal strategies for sustainable development. Environmental Research. 2017, vol. 156, pp. 39-46.

3. Blagorazumova A.M. Obrabotka i obez-vo-zhivanie osadkov gorodskikh stochnykh vod. Chast' 1 [Treatment and dehydration of urban sewage sludge. Part 1]. Novokuznetsk: SibGIU Publ., 2010, 139 p. (In Russian)

4. Zapol'skii AG. Baran A.A Koagulyanty i floku-lyanty v protsessakh ochistki vody. Svoistva. Polu-chenie. Primenenie [Coagulants and flocculants in the process of water treatment. Properties. Produc-tion. Application]. L eningrad: Khimiya Publ., 1987, 208 p. (In Russian)

5. Kobeleva I.V., Gadyeva AA., Sibieva L.M., Sirotkin A.S. Nauchnoe obosnovanie i perspektivy primeneniya reagentnykh preparatov v protsessakh biologicheskoi ochistki stochnykh vod [Scientific substantiation and prospects for the use of reagent drugs in biological wastewater treatment processes]. Sbornik trudov VII mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii «YOUNG ELPIT 2015. Ekologiya i bezopasnost» zhiznedeyatel'nosti pro-myshlenno-transportnykh kompleksov» [Proc. 7th Int. Sci. and Techn. Conf. "YOUNG ELPIT 2015. Ecology and life safety of industrial and transport complexes"]. Samara: Samarskii nauchnyi tsentr Publ., 2015, pp. 157-160. (In Russian)

6. Nikiforova L.O., Belopol'skii L.M. Vliyanie tyazhelykh metallov na protsessy biokhimich-eskogo okisleniya organicheskikh veshchestv: teo-riya i praktika [The influence of heavy metals on the processes of biochemical oxidation of organic

substances: Theory and practice]. Moscow: BINOM. Laboratoriya znanii Publ., 2010, 78 p. (In Russian)

7. Pakhnenko E.P. Osadki stochnykh vod i dru-gie netraditsionnye organicheskie udobreniya [Sewage sludge and other non-traditional fertilizers]. Moscow: BINOM. Laboratoriya znanii Publ., 2013, 311 p. (In Russian)

8. Leung W.C., Wong M.F., Chua H., Lo W., Yu P.H.F., Leung C.K. Removal and recovery of heavy metals by bacteria isolated from activated sludge treating industrial effluents and municipal wastewater. Water Sci. Technol. 2000, vol. 41, no. 12, pp. 233-240.

9. Zykova I.V., Panov V.P. Utilization of excess active sludge. Ekologiya i promyshlennost' Rossii [Ecology and Industry of Russia]. 2001, no. 12, pp. 29-30. (In Russian)

10. Kurniawan TA., Chan G.Y.S., Lo W.H., Babe S. Physicochemical treatment techniques for waste-water laden with heavy metals. Chemical Engineering Journal. 2006, no. 118, pp. 83-98.

11. Filatova E.G. Review of technologies for wastewater treatment from heavy metal ions based on physical and chemical processes. Izvestiya vuzov. Prikladnaya khimiya i biotekhnologiya [Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology]. 2015, vol. 13, no. 2, pp. 97-107. (In Russian)

12. Kobeleva I.V., Sherstneva K.V., Kirilina T.V., Sirotkin A.S., Buttinger A., Leinveber V. Assessing the impact of promising reagent VTA BIOKAT P 500 on the efficiency of biological wastewater treatment. Voda: khimiya i ekologiya [Water: chemistry and ecology]. 2014, no. 10, pp. 95-100. (In Russian)

13. Khar'kin S.V. Organization of the processes of phosphorus removal from waste water. Vodo-ochistka. Vodopodgotovka. Vodosnabzhenie [Water treatment. Water preparation. Water supply]. 2013, no. 11, pp. 52-58. (In Russian)

Критерии авторства

Сибиева Л.М., Сироткин А.С., Вдовина Т.В., Трёгл Й., Бровдыова Т., Кобелева Й.В. выполнили экспериментальную работу, на основании полученных результатов провели обобщение и написали рукопись. Сибиева Л.М., Сироткин А.С., Вдовина Т.В., Трёгл Й., Бровдыова Т., Кобелева Й.В. имеют на статью равные авторские права и несут равную ответственность за плагиат.

Contribution

Sibieva L.M., Sirotkin A.S., Vdovina T.V., Trogl J., Brovdyova T., Kobeleva J.V. carried out the experimental work, on the basis of the results summarized the material and wrote the manuscript. Sibieva L.M., Sirotkin A.S., Vdovina T.V., Trogl J., Brovdyova T., Kobeleva J.V. have equal author's rights and bear equal responsibility for plagiarism.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации

Линиза М. Сибиева

Аспирант

Казанский национальный исследовательский технологический университет e-mail: liniza8@gmail.com

Александр. С. Сироткин

Д.т.н., профессор, заведующий кафедрой промышленной биотехнологии Казанский национальный исследовательский технологический университет e-mail: asirotkin66@gmail.com

Татьяна В. Вдовина

К.т.н., доцент кафедры

промышленной биотехнологии

Казанский национальный исследовательский

технологический университет

e-mail: tvkirilina@gmail.com

Йозеф Трёгл

К.т.н., заведующий кафедрой технических наук Университет им. Яна Евангелиста Пуркине e-mail: josef.Trogl@ujep.cz

Татьяна Бровдыова

К.х.н., доцент кафедры технологии и материаловедения Университет им. Яна Евангелиста Пуркине e-mail: e-mail: tatjana.brovdyova@ujep.cz

Йолдыз В. Кобелева

К.т.н., ведущий инженер кафедры промышленной биотехнологии Казанский национальный исследовательский технологический университет e-mail: ioldiz-ksu@mail.ru

Conflict of interests

The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.

AUTHORS' INDEX Affiliations

Liniza M. Sibieva

Postgraduate Student

Kazan National Research Technological University e-mail: liniza8@gmail.com

Alexander. S. Sirotkin

Dr. Sci. (Engineering), Professor Head of the department of Industrial Biotechnology Kazan National Research Technological University e-mail: asirotkin66@gmail.com

Tatyana V. Vdovina

Ph.D. (Engineering), Associate Professor Department of Industrial Biotechnology Kazan National Research Technological University e-mail: tvkirilina@gmail.com

Josef Trögl

Ph.D. (Engineering), Head of the Department of Technical Science University of Jan Evangelista Purkine e-mail: Josef.Trogl@ujep.cz

Tatyana Brovdyova

Ph.D. (Chemistry), Associate Professor Department of Technology and Material Engineering

University of Jan Evangelista Purkine e-mail: tatjana.brovdyova@ujep.cz

Yoldyz V. Kobeleva

Ph.D. (Engineering), Leading Engineer Department of Industrial Biotechnology Kazan National Research Technological University e-mail: ioldiz-ksu@mail.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.