CC BY
52
ПРОМЫШЛЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ И ЭКОЛОГИЯ
УДК 628.3
А. И. Хабибрахманова, Н. А. Югина, В. З. Хабибрахманов, Л. Ф. Аскарова, М. В. Шулаев
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ ОЧИСТКУ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ ЖЕЛЕЗА
Ключевые слова: анаэробный ил, биологически активные вещества, гуминовый препарат, мелафен.
В данной работе было проведено исследование процессов интенсификации анаэробной биологической очистки модельной сточной воды, загрязненной солями железа с помощью биостимуляторов нового поколения. Показано, что наиболее эффективно для очистки модельной сточной воды от ионов железа применение гуминового препарата в концентрации 10-1 г/дм3 в сочетании с мелафеном в концентрации 10-6 мг/дм3.
Keywords: anaerobic sludge, biologically active substances, humic preparation, Melaphen.
The investigation of anaerobic biological treatment intensification for model wastewater containing iron salts using a new age bio-stimulants was carried out. It was established that the use of humic preparation 10-1g/dm3 with Melaphene 106 mg/dm3 is the most effective for the treatment of model wastewater from iron ions.
Введение
В некоторых сточных водах железо встречается в больших концентрациях, например в сточных водах травильных цехов, производства солей железа, иногда в сточных водах цехов крашения тканей и т. д. В больших концентрациях железо может содержаться также и в шахтных водах. В малых концентрациях железо присутствует почти во всех сточных водах. В профильтрованных природных поверхностных водах концентрация железа редко достигает 1 мг/дм3.
Железо в водах может быть во многих формах: в истинно растворенном состоянии и в виде коллоидного раствора вследствие пептизации гидроксида железа органическими веществами; в виде комплексных соединений с неорганическими и органическими лигандами, в различных суспендированных в воде твердых частицах. Наконец, оно может быть в трехвалентном и в двухвалентном состояниях. При рН > 3,5 железо (III) может быть в водной фазе только в виде комплекса, а при рН > 8 не может существовать в растворе в виде свободных ионов, не связанных в комплекс, и железо (II). Надо также учитывать то, что в воде, содержащей кислород железо (П)легко переходит в железо (III) и осаждается в виде гидроксида. Железо (II) достаточно устойчиво в водном растворе только в сильнокислой среде. ПДКв железа составляет 0,3 мг/дм3, ПДКрыбхоз железа -0,1 мг/дм3. Для эксперимента использовалась концентрация железа 1,09 мг/дм3.
Таким образом точные результаты могут быть получены только при определении суммарного содержания железа во всех его формах. Раздельное определение растворенного и нерастворенного железа, а также железа (II) и железа (III) дает менее достоверные результаты.
В данном исследовании определение ионов железа на модельной сточной воде осуществлялось фотометрическим методом с сульфосалицилатом натрия. Метод основан на том, что
сульфосалициловая кислота или ее натриевая соль образуют с солями железа окрашенные комплексные соединения, причем в слабокислой среде сульфосалициловая кислота реагирует только с солями железа (III) (красное окрашивание), а в слабощелочной среде □ с солями железа(Ш) и (II) (желтое окрашивание) [1].
Целью данной работы было исследование влияния гуминового препарата и мелафена на процесс очистки модельной сточной воды, содержащей ионы железа.
Гуминовый препарат - суспендированное комплексное гуминовое удобрение. Его состав содержит практически все минералы, аминокислоты и микроэлементы. В их числе нативные полисахариды, пептиды, витамины, минералы, стерины, гормоны, жирные кислоты, полифенолы и кетоны с подгруппами, включая флавоноиды, флавоны, флавины, катехины, дубильные вещества, хиноны, изофлавоны, токоферолы и другие. Всего около 70 полезных компонентов. Такое насыщенное полиморфное строения обуславливает многообразие положительных биологических эффектов гуминовых кислот [2].
Одним из новых БАВ положительно влияющего на микроорганизмы активного ила и следовательно улучшающего степень очистки сточных вод является мелафен, который представляет собой меламиновую соль бис(оксиметил)фосфиновой кислоты. Мелафен известен в качестве высокоэффективного синтетического регулятора роста и развития растений находит применение в сельском хозяйстве и растениеводстве. Также данный препарат используется для биологической очистки почвы от нефтяных загрязнений относится к IV классу -вещества малоопасные [3].
Экспериментальная часть
В качестве объектов исследований были выбрана смешанная популяция микроорганизмов,
входящих в состав анаэробного ила, полученного на основе активного ила городских очистных сооружений, сброженного в течение 4-х недель при температуре 38 °С.
Активный ил для экспериментов отбирался из первого коридора второго аэротенка биологической очистки сточных вод ОАО «Альметьевск -Водоканал».
По внешнему виду активный ил представлял собой мелкие плотные хлопья светло-коричневого цвета, запах илистый, надыловая жидкость прозрачная. Иловый индекс составлял 59,4 см3/г, доза ила - 4,04 г/ дм3.
После сбраживания ил приобретал черную окраску, характерный запах разложившихся органических веществ, и было обнаружено бурное выделение биогаза, в состав которого входил сероводород.
При приготовлении модельной сточной воды в качестве источника углерода использовали глюкозу (СбН120б), азота - натрий азотнокислый (NaNO3), фосфора - калий фосфорнокислый однозамещенный (KH2P04) в соотношении C:N:P = 100:5:1.
Для изучения кинетики анаэробного процесса в микробиологические пробирки емкостью 50 дм3 заливали по 25 дм3 модельной сточной воды и 25 дм3 анаэробного ила, а также добавляли биологически активные препараты в соответствующих концентрациях.
После продувки азотом пробирки плотно закрывали пробками и перемешивали на установке «Orbital Shaker» в течение заданных промежутков времени со скоростью 70 об/мин. Затем пробы отфильтровывали и определяли концентрацию железа фотометрическим методом с сульфосалицилатом натрия [1].
Выбор контрольных точек эксперимента обусловлен тем, что 24 ч соответствует фазе экспоненциального роста, 48 ч - стационарной фазе роста, 72 - периоду отмирания культуры. Длительный период роста факультативных анаэробных микроорганизмов связан с особенностями метаболизма.
В данном эксперименте (рисунок 1) в опытных образцах проводился процесс очистки стоков, загрязненных ионами железа, в присутствии гуминового препарата в концентрации 10-1 г/дм3, мелафена в концентрации 10-6 мг/дм3, их сочетании в тех же концентрациях, а в контрольной пробе -традиционная биологическая очистка. Выбор данных концентраций обусловлен серией экспериментов, проведенных ранее [4 - 6].
Время эксперимента составляло 24 часа. Концентрация железа в исходной сточной воде в ходе эксперимента составляло 1,09 мг/дм3, рН - 7,1, температура - 25 °С.
Данные эксперимента (рис. 1) показали, что применение мелафена способствует более глубокой очистке по сравнения с контрольным опытом, начиная с 1 часа эксперимента в среднем на 7 %. В конце эксперимента опытный и контрольный пробы обеспечили очистку сточных более чем на 40 %.
К
10-6 М 10-1 ГП
10-1 ГП, 10-6 М
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Время, ч
Рис. 1 - Кинетика изменения концентрации общего железа при внесении гуминового препарата концентрацией 10-1 г/дм3 (ГП), мелафена в концентрации 10-6 (М) мг/дм3, смеси мелафена и гуминового препарата в концентрациях 10-6 и 10-1 г/дм3 соответственно и в отсутствии препарата (К)
Результаты эксперимента показали, что использование мелафена в целом оказывает положительное влияние на степень очистки по сравнению с традиционной биологической очисткой, так к 1 часу эксперимента значение концентрации железа снизилось с 1,09 мг/дм3 до 0,19 мг/дм3, в то время как при традиционной биологической очистке значение к этому времени составило 0,30 мг/дм3. Таким образом, к первому часу эксперимента опытный образец обеспечивал на 10% более глубокую очистку, чем контрольный.
Применение гуминового препарата в концентрации 10-1 г/дм3 не оказывало значительного влияния на степень очистки по сравнению с контрольной пробой. Наблюдалось повышение эффективности очистки в начальное время эксперимента в среднем на 5% по сравнению с контрольным образцом, однако к концу эксперимента действенность препарата несколько снизилась. В конце эксперимента опытная пробы обеспечила очистку сточных более чем на 40 %.
По данным эксперимента видно, что применение гуминового препарата в концентрации 10-1 г/дм3 в сочетании с мелафеном в концентрации 10-6 мг/дм3 повышает степень очистки по сравнению с традиционной биологической очисткой только с 1 по 3 часы эксперимента.
По результатам эксперимента видно, что в начальные часы эксперимента применение данного сочетания препаратов повышает степень очистки по сравнению с традиционной биологической очисткой на 10%. Ко второму часу эксперимента опытный образец обеспечивал очистку сточных вод на 86%, что являлось наилучшим результатом в данном эксперименте. К концу эксперимента опытная система несколько снизила свои показатели, однако, не более чем на 2 % по сравнению с контрольным образцом.
Полученные данные показали, что наиболее эффективно для очистки сточной воды от ионов железа применение гуминового препарата в концентрации 10-1 г/дм3 в сочетании с мелафеном в концентрации 10-6 мг/дм3.
Литература
1. Ю.Ю. Лурье, Аналитическая химия промышленных сточных вод. Химия, Москва, 1984, С. 111 - 112.
2. Д.С. Орлов, Гуминовые вещества в биосфере. Наука, Москва, 1993, С. 138" 140.
3. Пат. РФ 2158735 (1999).
4. А.И. Хисамова, Н.А. Югина, Е.О. Михайлова, М.В. Шулаев, Вестник Казанского технологического
университета, 15, 20, 183 - 185 (2012).
5. А.И. Хисамова, Н.А. Югина, Е.О. Михайлова, М.В. Шулаев, Вестник Казанского технологического университета, 16, 10, 201 - 203 (2013).
6. Н.А. Югина, А.И. Хабибрахманова, Л.Ф. Аскарова, Е.О. Михайлова, М.В. Шулаев, Вестник Казанского технологического университета, 17, 22, 238 - 240 (2014).
© А. И. Хабибрахманова, аспирант кафедры химической кибернетики КНИТУ, alsu_khisa@mail.ru; Н. А. Югина, аспирант кафедры химической кибернетики КНИТУ, tashka_ugi@mail.ru; В. З. Хабибрахманов, студент кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений КНИТУ; Л. Ф. Аскарова, магистр кафедры химической кибернетики КНИТУ; М. В. Шулаев, д-р. техн. наук, профессор кафедры химической кибернетики КНИТУ, mshulaev@mail.ru.
© A. 1 Khabibrakhmanova, postgraduate student of the Department of Chemical Cybernetics, KNRTU, alsu_khisa@mail.ru, N. A. Yugina, postgraduate student of the Department of Chemical Cybernetics, KNRTU, tashka_ugi@mail.ru; V. Z. Khabibrakhmanov, student of the Department of Chemistry and technology of macromolecular compounds; L. F. Askarova, master of the Department of Chemical Cybernetics, KNRTU; M. V. Shulaev, Ph.D., Professor of the Department of Chemical Cybernetics, mshulaev@mail.ru.
