CC BY
32
УДК: 574(075.8)_
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИЗБЫТОЧНОГО АКТИВНОГО ИЛА КАК БИОФЛОКУЛЯНТА ДЛЯ _БИОХИМЧЕСКОЙ ОЧИСТКЕ ВОДЫ_
DOI: 10.31618/ESU.2413-9335.2019.2.67.352 Ксенофонтов Борис Семенович
Д-р техн. наук, профессор кафедры »Промышленная экология» МГТУ -им. Н.Э. Баумана г. Москва Гончаренко Евгения Евгеньевна Канд. химич. наук, доцент кафедры «Химия» МГТУ им .Н.Э. Баумана г. Москва Борисов Юрий Александрович Канд. техн. наук, доцент кафедры Э-5 МГТУ им.Н. Э. Баумана г. Млсква
USE OF EXCESS ACTIVE SILT AS BIOFLOKULYANTA FOR BIOCHEMICAL TREATMENT OF
WASTERWATER
Ksenofontov Boris Semenovich
Dr. Sc. Tech., professor of Industrial Ecology chair department Bauman Moscow State Technical University Goncharenko Evgeniya Evgenievna Ph.D. (Chemistry), assoc. professor of Chemisry department Bauman Moscow State Technical University
Boricov Uyriy Alexandrovich
Ph. D. Tech., assoc. professor of the technical department Bauman Moscow State Technical University
АННОТАЦИЯ
В работе рассмотрены варианты предварительной обработки активного ила с последующим использованием его в качестве биофлокулянта в процессе биохимической очистки воды. Показано, что эффективность его использования повышается с применением предварительной обработки, позволяющей подавать активный ил в сгущенном виде, а также путем его активации с добавлением химических реагентов, обладающих свойствами коагулянтов и флокулянтов. Полученные результаты дают возможность рекомендовать варианты реагентной и флотационной обработки активного ила для практического использования, так как в этом случае сокращаются объемные расходы в 1,5- 3 раза.
ABSTRACT
In work options of preliminary handling of active silt with its subsequent use as a bioflokulyant are considered. It is shown that efficiency of use of active silt increases using its preliminary handling allowing to give active silt in the condensed type and also by its activation with addition of reagents Examples of a floatation condensation of active silt by a floatation method and with use of the chemical reagents having properties of coagulants and flokulyant are given. The received results give the chance to recommend options of reagent and floatation handling of active silt before use it as a flokulyant. In this case volume expenses of use of active silt as a bioflokulyant by 1,5 - 3 times are cut down.
Ключевые слова: активный ил, биофлокулянт, флотационная и реагентная обработка, коагулянт
Keywords: sewage treatment, flocculants, microorganisms, active silt, floatation and reagent handling, coagulant.
Биохимическая очистка является одним из самых распространенных способов очистки сточных вод. При биологической очистке широко используется активный ил, состоящий из живых организмов и твердого субстрата. Активный ил включает в себя скопление бактерий, дрожжи, простейшие плесневелые грибы, актиномицеты, рачки, водоросли и др., то есть несколько видов микроорганизмов и простейших [1]. Под действием микроорганизмов происходит биохимическое окисление органических примесей, содержащихся в воде, с превращением находящихся в ней ароматических и алифатических углеводородов в безвредный диоксид углерода, воду, нитрат и сульфат ионы и др. Главный недостаток биологической очистки - образование большого
количества избыточного активного ила в результате трансформации части исходных загрязнений в активную биомассу. Ежегодно на очистных сооружениях накапливаются миллионы тонн биомассы активного ила, поэтому любые практические решения этой проблемы, позволяющие хотя бы частично утилизировать избыточный активный ил, оказываются экономически оправданными [2].
Известен ряд методов утилизации активного ила, но, как правило, с ограниченными условиями его использования [ 3].
Одним из способов его утилизации является применение активного ила в качестве биофлокулянта. Известно, что флокулянты объединяют частицы загрязнений во флокулы
(агрегаты частиц), размер которых во много раз превышает размеры частиц дисперсной фазы. Это приводит к резкому увеличению скорости осаждения [1]. Поэтому применение активного ила в качестве биофлокулянта решает задачу не только его утилизации, но и интенсификации процесса очистки сточных вод. Эффективность активного ила повышается с применением его предварительной обработки, позволяющей подавать активный ил в сгущенном виде, а также путем его активации.
Оценивая в целом возможности применения микроорганизмов избыточного активного ила в качестве биофлокулянта, следует отметить, что финансовые затраты при его использовании связаны только с его транспортировкой. Для транспортировки необходимо предварительное уплотнение избыточного активного ила. Одним из наиболее простых и эффективных способов уплотнения активного ила перед его применением является напорная флотация [4-5]. Флотационная очистка применяется для удаления из вод ПАВ, нефтепродуктов, жиров, смол и др. [4, с.27]. Процесс заключается в сорбировании содержащихся в воде примесей поверхностью пузырьков воздуха, нагнетаемого в очищаемую жидкость образовавшегося пенного слоя с
поверхности обрабатываемой жидкости. Таким образом, очистка сточных вод заключается в образовании комплексов «частицы загрязнений -пузырьки», всплывании этих комплексов и удалении образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой жидкости. Прилипание частицы загрязнений к поверхности газового пузырька происходит тогда, когда поверхность частицы не смачивается или плохо смачивается жидкостью [4, с. 27].
Интенсификация процесса флотационного сгущения суспензии активного ила зависит от предварительной обработки его химическими реагентами, а также от различных физических воздействий, например, температуры. При физико -химической обработке происходят процессы агрегации микроорганизмов, в частности, под действием выделяющихся в процессе такой обработки полисахаридов [1]. В табл.1 представлены значения концентраций
полисахаридов в жидкой фазе при нагревании суспензии активного ила до 85° С. Результаты, полученные нами (таблица 1), показали, что при повышении рН до 8,5 концентрация полисахаридов возрастает в 3-5 раз и визуально можно наблюдать эффект агрегации.
Таблица 1.
ВЛИЯНИЕ ТЕРМОРЕАГЕНТНОЙ ОБРАБОТКИ СУСПЕНЗИИ АКТИВНОГО ИЛА С КОНЦЕНТРАЦИЕЙ 0,5% НА КОНЦЕНТРАЦИЮ ПОЛИСАХАРИДОВ
N п/п Параметры обработки Концентрация полисахаридов, мг/л
°С рН Время выдержки, мин Эффективность осветления (%)
1 (контроль) 20 7,2 (исх.) - 11 54,3
2 40 7,2 5 35 62,8
3 80 7,2 5 52 73,1
4 85 7,2 5 54 75,8
5 90 7,2 5 53 74,6
6 20 8,0 5 9 52,3
7 20 8,5 5 9 51,7
8 85 8,5 5 8 50,9
9 85 8,5 10 35 61,6
10 85 8,5 30 31 60,7
11 85 8,5 45 31 61,1
12 85 8,5 60 9 50,8
Эти данные указывают на целесообразность такой обработки, как одного из методов интенсификации активного ила.
Другим достаточно эффективным способом интенсификации является предварительная обработка суспензии активного ила катионными флокулянтами [6, 7] торговых марок Praestol 644 и РгаеБй! 852, которые являются синтетическими высокомолекулярными соединениями на основе полиакриламида. Флокулянты адсорбируют частицы загрязнений в дисперсной фазе и объединяют их вдоль полимерной цепи. В результате на этапе флокуляции происходит образование более крупных хлопьев, что приводит
к уплотнению осадка. Существует около 800 видов флокулянтов РгаеБй! , которые можно разделить на три группы: неионогенные, анионные и катионные [7]. Неионогенные марки представляют технически чистый полиакриламид, полученный путем сополимеризации моноакриламида и солей акриловой кислоты. Являясь амфотерным полиэлектролитом, полиакриламид способен диссоциировать в зависимости от рН среды по кислотному или основному типу. При значениях рН, соответствующих изоэлектрическому состоянию, молекулы полиакриламида, оставаясь в целом электронейтральными, содержат одновременно положительно и отрицательно
заряженные ионогенные группы. Механизм их действия заключается в адсорбции ионогенными группами образующихся при коагуляции микрочастиц загрязнений.
В работе использовались катионные марки флокулянтов, являющиеся сополимерами акриламида с возрастающими долями катионных мономеров. Внесенные катионные группы обладают в водном растворе положительными зарядами.
Методика исследований состояла в наблюдении за скоростью осаждения твердой фазы осветляемых сточных вод в цилиндрах емкостью 0,5 л и определения мутности слива после осаждения твердой фазы, а также в определении концентрации взвешенных веществ по стандартным методикам [8].
Данные, полученные нами в работе, свидетельствуют о том, что применение катионных
флокулянтов повышает эффективность флотационного сгущения активного ила. Экспериментальные результаты о влиянии флокулянтов на процесс флотационного сгущения суспензии активного ила приведены в таблице 2.
Анализ результатов (табл.2) показал, что использование катионного флокулянта Praestol 852, более эффективно, чем флокулянта Praestol 644. Поэтому флокулянт Praestol 852 может быть использован для флотационного сгущения суспензии активного ила. Таким образом, проведенные нами исследования показали, что при очистке сточных вод можно использовать флотационные аппараты, например с пневмогидравлической системой аэрации, и для интенсификации процесса добавлять катионный флокулянт Praestol 852.
Таблица 2.
ВЛИЯНИЕ ФЛОКУЛЯНТОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФЛОТАЦИОННОГО СГУЩЕНИЯ
АКТИВНОГО ИЛА
Вид флокулянта Количество флокулянта, кг/т Концентрация активного ила в пене, % масс. Концентрация активного ила в жидкой фазе,% масс.
РгаеБМ 644 1,5 3,1 0,13
РгаеБМ 644 2,5 3,5 0,11
РгаеБМ 644 5,0 4,3 0,10
РгаеБМ 644 7,5 4,5 0,8
РгаеБМ 644 10,0 4,6 0,8
РгаеБМ 852 1,5 3,4 0,11
РгаеБМ 852 2,5 4,2 0,09
РгаеБМ 852 5,0 4,8 0,07
РгаеБМ 852 7,5 4,9 0,03
РгаеБй! 852 10,0 4,9 0,03
Одним из наиболее эффективных способов интенсификации процесса уплотнения активного ила является его подкисление [5, 9]. Проведенные нами ранее исследования показали, что при предварительном подкислении уменьшается растворимость углекислого газа. Он выделяется из жидкой фазы, в том числе и из хлопьев активного ила. Поэтому последующая напорная флотация приводит к образованию плотного пенного слоя с
концентрацией активного ила, превышающую его концентрацию без предварительного подкисления.
Судя по экспериментальные данным (табл. 3), предварительное подкисление активного ила не только резко улучшает его флотационное сгущение, но и сорбционные характеристики микроорганизмов активного ила, что приводит к заметному снижению концентрации взвешенных веществ в осветленной жидкости.
Таблица 3
ВЛИЯНИЕ РН СРЕДЫ НА ФЛОТАЦИОННОЕ УПЛОТНЕНИЕ АКТИВНОГО ИЛА И ЕГО ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В КАЧЕСТВЕ БИОФЛОКУЛЯНТА
о> мг/л рН С1 г/ л С2 г/ л С3 мг/л
43,3 7,2 0 0 24,3
43,3 4,5 39,7 1,5 12,6
43,3 3,1 48,2 1,5 9,2
43,3 2,3 51,5 1,5 7,5
43,3 1,0 50,2 1,5 5,1
где С0 - концентрация взвешенных частиц в исходной суспензии, С1 - концентрация активного ила в пенном слое, образующемся в результате напорной флотации в течении 1 часа, С2 -концентрация активного ила в иловой смеси,
С3 - концентрация взвешенных частиц в жидкой фазе после осветления и отстаивания в течении 30 минут.
В последние годы для очистки сточных вод все состоящие из полимерных флокулянтов и шире используются комплексные реагенты, неорганических электролитов [7]. В связи с
поиском дополнительных вариантов для интенсификации процесса очистки сточных вод с использованием активного ила были проведены опыты по влиянию добавок сернокислого железа (Бе804) и катионных флокулянтов на основе полиакриламида торговых марок феннопол ^епиороГ) и ВПК-204 [7] на процесс сгущения активного ила.
Работа проводились на образцах активного ила при перемешивании его с добавками реагентов. Затем обработанная суспензия активного ила с реагентами смешивалась с рабочей жидкостью (дисперсионной водой) в соотношении 1:1.
Таблица 4
ВЛИЯНИЕ РЕАГЕНТНОЙ ОБРАБОТКИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗДЕЛЕНИЯ СУСПЕНЗИИ АКТИВНОГО ИЛА ФЛОТАЦИЕЙ (ВРЕМЯ ФЛОТАЦИИ 10 МИН)
Суспензия активного ила предварительно подкислялась серной кислотой.
В табл.4 приведены условия обработки суспензий активного ила реагентами и достигаемый при этом эффект разделения суспензии активного ила. Оценка воздействия реагентов проводилась по высоте образующегося при флотации пенного слоя, мутности жидкой фазы, а также по ХПК (химической потребности в кислороде, которая характеризует общее количество загрязняющих органических веществ в воде ).
Качество суспензии активного ила Количество добавляемых реагентов рН активного ила Эффективность разделения
№ п/п 0,05% раствор Бе804 мл Феннопол 0,01% раствор, мл Высота пенного слоя, см Мутность % ХПК (мг/л) жидкой фазы
Активный ил
1 после стабилизации в течение 1 часа - - 6,93 5,0 48 170
Активный ил
после 6-ти
2 часового пребывания в анаэробных условиях - - 6,94 5,2 45 260
Активный ил
3 после часовой аэробной стабилизации 0,08 - 5,20 3,0 43 80
4 0,08 1,0 5,10 3,2 42 65
5 0,08 2,0 4,68 3,0 22 -
6 - - 6,95 - - -
7 1,0 - 5,1 4,5 30 -
8 0,25 - 6,0 4,0 28 -
9 0,10 - 6,5 4,0 25 -
Представленные в табл.4 данные указывают на эффективность действия используемых реагентов. При концентрации сернокислого железа 0,25-0,35 мг/л и концентрации феннопола (1 -10 мг/л) объем пенного слоя (высота) уменьшаются в 1,5-2,0 раза по сравнению с контролем без добавления реагентов.
Таким образом, при определенном соотношении коагулянта FeSO4 и используемых флокулянтов можно получить максимальную концентрацию твердой фазы в сгущаемой суспензии активного ила и минимальную в осветленной жидкости. В этом случае сокращаются объемные расходы в 1,5- 2 раза.
Выводы и рекомендации 1. Предложены различные варианты интенсификации процесса использования активного ила в качестве биофлокулянта.
2. Показано, что эффективность процесса повышается при предварительной обработке активного ила, позволяющей подавать его в сгущенном виде, а также активировать путем добавления реагентов.
3. Рассмотрены возможности использования флотационного сгущения активного ила. Исследования показали, что в практике флотационного сгущения активного ила можно использовать флотационные аппараты с пневмогидравлической системой аэрации.
4. Изучено влияние термореагентной обработки суспензии активного ила на концентрацию полисахаридов в жидкой фазе. Показано, что при повышении температуры до 85°С и рН до 8,5 концентрация полисахаридов возрастает в 3-5 раз и визуально наблюдается увеличение эффекта агрегации.
5. Показана эффективность использования катионного флокулянта Praestol 852 для флотационного сгущения активного ила
6. Проведены исследования по влиянию добавок FeSO4 и катионных флокулянтов на основе полиакриламида торговых марок Fennopol и ВПК-402 на процесс сгущения активного ила. Результаты, полученные в работе, позволяют рекомендовать данные комплексные реагенты, взятые в определенных соотношениях, для интенсификации процесса флотационного сгущения активного ила
7. Предложенные в работе варианты реагентной и флотационной обработки активного ила можно рекомендовать для практического применения. В этом случае сокращаются объемные расходы при использовании активного ила в качестве биофлокулянта в 1,5- 2 раза.
Список литературы
1. Хенце М., Армоэс П., Ля-Кур-Янсен, И., Арван Э. Очистка сточных вод. Биологические и химические процессы:- М.: Мир, 2006, - 480 с. (перевод с англ.).
2. Никитина О.Г. Современная концепция биологической очистки сточных вод: новый взгляд // Вода: химия и экология. 2009. № 11, с. 9-20. URL: http: // watchemec.ru/article/12892
3. Репникова, А.С., Яковлев В.И., Вихорева Г.Ф. и др. Сточные воды и активный ил. Высшая школа. 2008, - 45 с.
4. Ксенофонтов Б.С. Флотационная обработка воды, отходов и почвы М: Новые технологии, 2010, - 272 с.
5. Гончаренко Е.Е., Ксенофонтов Б.С., Голубев А.М., Петрова Е.В. Использование компьютерной технологии для изучения процессов очистки сточных вод и их интенсификации. // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2016. № 4, с. 115-125. DOI: 10. 18698/1812-33682015-4-115-125
6. Deng S., Yu G., Ting Y. Production of bioflocculant and its application in dye removal. // Colloids Surf. B: Biointerface. 2005. V. 44, №4, p.p.179-186
7. Гандурина Л.И. Очистка сточных вод с применением синтетических флокулянтов. М: Изд. -во Дар Водгео, 2007, - 198 с.
8. Сборник Рекомендаций Хельсинской Комиссии: Справочно-методическое пособие. СПБ: Диалог, 2008, - 512 с.
9. Ксенофонтов Б.С. Интенсификация очистки сточных вод химических производств с использованием биофлокулянтов // Безопасность жизнедеятельности, 2009, № 10, - 24 с.
CHIMAPHILA UMBELLATA НА ТЕРРИТОРИИ ГНПП «БУРАБАЙ»
Проблемы деградации флоры Земли на сегодняшний день являются самыми актуальными. Рост техногенеза все быстрее вытесняет важные элементы природы, в том числе - растения.
Республика Казахстан вошла в 30 развитых стран мира. Ежегодный рост добычи полезных ископаемых, развитие инфраструктуры, прогрессирующие темпы урбанизации, а также увеличение рекреационных зон, оставляет неизгладимый след на природе и экологии в целом.
Для сохранения биоразнообразия, создаются национальные парки, которые обеспечивают защиту живых организмов. Одним из примеров таких парков - является ГНПП «Бурабай».
3.В административном отношении территория ГНПП «Бурабай» расположена в Бурабайском и, частично, Енбекшильдерском районах
Акмолинской области. Центральная усадьба парка расположена в п. Бурабай, в 22 км от районного
Какулина Диана Анатольевна
магистрант КГУ им. Ш. Уалиханова Фахруденова Идия Болатовна к.б.н., доцент Исаенко Олеся Петровна
магистр биологии
центра г. Щучинск и 90 км от областного - г. Кокшетау. Государственный национальный природный парк «Бурабай» имеет статус природоохранного и научного учреждения, входит в систему особо охраняемых природных территорий республиканского значения, занимает площадь 83 511 га и находится в ведении Управления Делами Президента РК [1].
Территория парка, согласно закону «Об особо охраняемых природных территориях» [2] разделена на 4 функциональные зоны:
• Заповедная зона - 14 052 га (10,8 %);
• Зона экологической стабилизации - 43 221 га (33,5 %);
• Зона туристско-рекреационной деятельности - 11 280 га (8,7 %);
• Зона ограниченной хозяйственной деятельности - 60 746 га (47 %) (рис. 1).
