CC BY
14
УДК 628.335; 691.34.
Чернова К.С., Баурина М.М., Градова Н.Б.
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ АВТОЛИЗАТОВ АКТИВНОГО ИЛА МЕТАНТЕНКОВ НА ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Чернова Ксения Сергеевна, студентка 1 курса магистратуры факультета биотехнологии и промышленной экологии;
Баурина Марина Михайдовна, к.х.н, доцент кафедры биотехнологии; e-mail: bauri namm@mail.ru Градова Нина Борисовна, д.б.н., главный специалист кафедры биотехнологии Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20.
В настоящей работе изучен процесс автолиза активного ила метантенков Люберецких очистных сооружений при различных параметрах процесса. Были подобраны оптимальные условия для проведения автолиза с целью создания препарата с максимальным содержанием высокомолекулярной белковой фракции. Показано влияние полученной белок-связующей добавки на функциональные качества строительных материалов.
Ключевые слова: связующие добавки, автолиз, избыточный активный ил, метантенк, бетонные смеси
THE INFLUENCE OF ACTIVATED SLUDGE AUTOLIZATES ON THE STRENGTH CHARACTERISTICS OF CONSTRUCTION MATERIALS
Chernova K.S., Baurina M.M., Gradova N.B.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
In the present work, we studied autolysis of activated sludge from the Lyubertsy watertreatment facilities with various process parameters. The optimum conditions were chosen for carrying out the autolysis to create protein-binder additives with a maximum content of high-molecular protein fraction. The effect of the obtained protein-binding additive on the functional qualities of building materials is shown.
Keywords: protein-binder additives, autolysis, activated sludge, metharn tаnk, concrete mixtures
Анаэробную очистку сточных вод мегаполисов проводят в метантенках. Осадки, полученные после анаэробной очистки, представляют жидкую массу от темно-коричневого до черного цвета с характерным землянистым запахом. Влажность полученной массы - избыточный активный ил - составляет 96-98%, с долей органического вещества 70-90% [1].
Состав активного ила каждого отдельного очистного сооружения отличается и может содержать в себе до 50 видов бактерий с различным строением клеточных стенок. Под автолизом клетки понимают совокупность процессов, приводящих к частичному или полному разрушению клеточных стенок, на глубину которого влияют не только внешние, и внутренние ферменты, но и воздействие физико-химических факторов. Инициировать лизис и разрыхлить структуру клеточных стенок могут такие агенты как щелочь, щелочерастворимые глюканы, кислоты и ферменты. Также процесс лизиса возможно запустить благодаря термообработке клеток, а при неправильном температурном режиме может произойти инактивация автолитических ферментов. Другим параметром, влияющим на процесс лизиса, является кислотность, при изменении рН ниже 5,5 в системе наблюдается разрушение пептидоглюканового слоя метаногенных бактерий под воздействием собственных внутриклеточных литических ферментов [2].
При выборе оптимальных условий для проведения автолиза сложного биоценоза активного
ила необходимо учитывать видовой состав и наличие примесей. Исходя из анализа литературных данных и патентного поиска было определено, что основными параметрами, влияющими на степень автолиза анаэробного ила, являются: концентрация исходной биомассы, температура и введение активаторов.
На первом этапе работы для проведения автолиза были взяты пробы избыточного активного ила Люберецких очистных сооружений г. Москвы, с различным содержанием сухих веществ; исследовано влияние температурных режимов; применены индуцирующие добавки с использованием олеиновой кислоты в различных концентрациях.
Применение добавок, используемых в бетонных смесях, влияющих на прочность, стабильность и водоустойчивость цемента становится выгодным за счет снижения затрат на количество материалов и повышения качественных и физико-химических свойств [3]. Автолизаты микробной биомассы активного ила можно использовать также в качестве пластификаторов для асфальтов и бетонов. Это позволяет снизить затраты на дорожное строительство, при этом отмечается повышение качеств строительных материалов [4-5].
Содержание высокомолекулярной белковой фракции (ВМФ) является одним из критериев качества разрабатываемой добавки. С целью получения белок связующей добавки автолиз активного ила необходимо провести с
максимальным выходом ВМФ в водную фазу. На рис.1. показано изменение содержания высокомолекулярной белковой фракции во время автолиза.
я
■ л
!
! «
Рис.1. - Концентрации высокомолекулярных фракций белка в водной фазе при автолизе активного ила метантенков ЛОС Условные обозначения: 1 - выход НМФ; 2 выход ВМФ; 3 - общая концентрация белка в водной фазе; 4 - общее содержание белковых веществ в исследуемом образце активного ила метантенков Было установлено, что необходимый уровень содержания ВМФ белковых веществ в исследуемых образцах активного ила метантенков достигается при проведении автолиза в условиях соблюдения необходимой кислотности среды, концентрации исходной суспензии и индуцировании автолиза олеиновой кислотой с добавками.
Полученные автолизаты были использованы в качестве белок-связующих препаратов в бетонные смеси. Состав бетона, исследуемого в данной работе: 60 г бездобавочного портландцемента марки Хайдельберг и 20 мл водной фазы с разработанной добавкой. Были изготовлены 3 вида бетонных образцов с различными концентрациями препарата. В качестве контроля использовали бездобавочный образец. Определение прочности образцов на изгиб проводили на Разрывной машине 2166 Р-5 с предельной нагрузкой 5 кН через 1, 3, 7, 14 и 28 суток твердения. На рис.2. показано изменение прочности на изгиб во времени для различных концентраций связующей добавки.
1«
I
I
■ хин £1п
Рис.2. Динамика увеличения прочности на изгиб бетонных образцов с различным содержанием связующих добавок.
Условные обозначения: 1- динамика увеличения прочности контрольных образцов.
2 - динамика увеличения прочности образцов с
однократным добавлением связующей добавки.
3 - динамика увеличения прочности образцов с удвоенным содержанием связующей добавки.
Наибольшую прочность на изгиб показали образцы с однократным добавлением автолизата активного ила метантенков.
Определение прочности на сжатие проводились на ручном гидравлическом прессе ПГР-1-50 с диапазоном измерения нагрузок от 100 кг до 5000 кг. На рис.3. отображено изменение прочности исследуемых образцов во времени.
Время гес^енш б*к>нныт! о^шм.сут, •■■■I «-2 «3
Рис 3. Динамика увеличения прочности на сжатие бетонных образцов с различным содержанием связующих биодобавок.
Условные обозначения: 1- динамика увеличения прочности контрольных образцов.
2 - динамика увеличения прочности образцов с однократным добавлением связующей добавки.
3 - динамика увеличения прочности образцов с удвоенным содержанием связующей добавки.
Наибольшую прочность на сжатие показали бетонные образцы с однократным добавлением автолизата активного ила метантенков.
В ходе проделанной работы были подобраны оптимальные условия для максимального выхода белковой ВМФ при автолизе активного ила метантенков Люберецких очистных сооружений, а автолизаты, используемые в качестве связующей добавки к бетонным смесям, показали свою эффективность. Разработанная добавка является актуальной, так как прочностные характеристики образцов превышают прочностные характеристики стандартных образцов: по истечении 28 суток наблюдается повышение прочности на изгиб до 24 %, на сжатие до 12% по сравнению с бездобавочным образцом.
Список литературы
1. Туровский И.С. Обработка осадков сточных вод. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1988. - 256 с.
2. Ножевникова А. Н. и др. Биотехнология и микробиология анаэробной переработки органических коммунальных отходов: коллективная монография. - 2016. - 320 с.
3. Кочетков А.В., Кокодеева Н.Е., Рапопорт П.Б., Рапопорт Н.В., Шашков И.Г. Состояние современного методического обеспечения расчета и конструирования дорожных одежд // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Охрана окружающей среды, транспорт, безопасность жизнедеятельности. 2011. № 1. С. 65-74.
4. Путырская Е. А. Анализ методов утилизации активного ила при очистке сточных вод. - 2016.
5. Градова Н. Б. и др. Биотехнологические препараты для повышения качества строительных материалов //Бутлеровские сообщения. - 2017. - Т. 50. - №. 5. - С. 46-56.
