CC BY
25
Мациевская О.А. Эффективность очистки природных вод от аммонийного азота природными и искусственными катионитами
Исследован процесс очистки водных растворов от аммонийного азота природными (цеолитовые породы Сокирницкого месторождения, Украина) и искусственными (ионообменная смола Roman Haas) катионообменными материалами. Перед исследованием цеолиты и ионообменная смола переведены в Na-форму - обработаны в статических условиях 5 %-м раствором хлорида натрия NaCl, приготовленным на дистиллированной воде. Определены полная и рабочая динамические емкости указанных материалов. Ионообменная смола имеет лучшие характеристики по сравнению с природным цеолитом.
Ключевые слова: вода, удаление аммония, природный цеолит, ионообменная смола.
Matsiyevska О.О. The Purification Efficiency of Natural Waters from Ammonium Nitrogen by Natural and Synthetic Cation-Exchange Materials
The process of purification of aqueous solutions of ammonium nitrogen by natural (Sokyrnytsky zeolite rock deposits, Ukraine) and synthetic (ion exchange resin Roman Haas) cation-exchange materials. Before the study zeolites and ion exchange resin transferred to Na-form - were treated in static conditions 5 % solution of sodium chloride NaCl, prepared in distilled water. Complete and working dynamic capacity of these materials is determined. Ion exchange resin is proved to have better performance compared to the natural zeolite.
Keywords: water, ammonium removal, natural zeolite, ion exchange resin.
УДК 66.084:541.182:628.1
КАВ1ТАЦ1ЙНЕ ЗНЕЗАРАЖЕННЯ CTOKIB ПИВОВАРНОГО
ВИРОБНИЦТВА У ПРИСУТНОСТ1 ГА31В Р13НО1 ПРИРОДИ
Л.1. Шевчук1, I.E. Никулишин2, Т.С. Фалик3
Дослщжено вшив природи ra3iB (аргону, кисню та вуглекислого газу) на процес 3ByKo-xiMi4Horo знезараження стоюв пивоварного виробництва. Проведено мшробюло-пчну щентифжащю спчно! води i3 "Пивоварш "Кумпель" та встановлено, що найбшьш типовими представниками ще'1 води е дрiжджi роду Saccharomyces та бактерй (Micrococcus, Bacterium, Pseudomonas та Sarcina). Шдтверджено, що каштацшний процес знезараження пивоварних стоив, незалежно вiд природи барботованого газу, можна опи-сати, застосувавши кшетичне рiвняння першого порядку. Встановлено ряд ефективнос-ri впливу природи газiв на процес кавiтацiйного очищення дослщжувано'! води, де найбiльшу ефективнiсть проявив аргон.
Ключовi слова: мшрооргашзми, спчна вода, кавiтацiйне очищення води, ультразвук, мшробне число.
Вступ. Пивоварне виробництво пов'язане 3i значними витратами води, що зумовлюе утворення виробничих стоюв. Великий об'ем стiчних вод утво-рюеться на стадп миття та замочування ячменю, промивання дрiжджiв, миття виробничих мiсткостей, трубопроводiв, тари, а також внаслвдок скидання ос-таннiх промивних вод варильного цеху.
Аналiз останшх дослiджень i публжацш. Стiчнi води пивоварного виробництва мктять розбавленi розчини цукрiв, бшкш, неорганiчних солей, у них також е частинки землi та зерна. Найбшьш забрудненими е стоки, що утворю-
1 доц. Л.1. Шевчук, д-р техн. наук - НУ " Львгвська полггехшка";
2 доц. I.G. Никулишин, д-р техн. наук - НУ " Льв1вська полггехнка";
3 acnip. Т.С. Фалик - НУ "Льв1вська полггехнка"
Нащональний лкотехшчний унiверситет УкраХни
ються шд час миття та замочування зерна, ввд вiдпрацьованого хмелю та миття вщпрацьованих дрiжджiв. Об'ем стiчних вод, концентрация !х забруднень зале-жать, насамперед, вщ потужностi пiдприeмства та прийнято! технологи. Стiчнi води, що утворюються пiд час виробництва 1 дал пива за оборотно! системи во-допостачання з послiдовним використанням води становить 0,13 м3, зокрема ви-робничих - 0,07 м3, господарсько-побутових - 0,01 м3, умовно-чистих - 0,05 м3 [1-2]. Спчш води пивоварно! промисловостi е концентрованими за вмiстом ор-ганiчниx забруднень. Обсяг забруднень за БСК змiнюеться ввд 550 до 1200мг/дм3. Концентрация забруднень вiд окремих цех^в (варильний, бродиль-ний та розливу продукцц) сягае до 5000 мг/ дм3 за БСК [3, 4].
Одним iз актуальних завдань за знезараженш промислових стокiв е зас-тосування безреагентно! технологи, для унеможливлення утворення побiчниx продуктiв реакцц. До таких передових теxнологiй належить кавiтацiйний метод оброблення води, який сприяе зменшенню вмiсту як органiчниx, так i бюлопч-них забруднень у спчнш водi. Це дае змогу здшснювати повернення очищено! води у системи оборотного водопостачання для повторного використання. Ультразвуковi (УЗ) xвилi виявляють згубну дiю на рiзнi мiкроорганiзми (МО): зумовлюють розпад високомолекулярних сполук, коагуляцiю бiлка, шактиву-ють ферменти, токсини, спричиняють розрив кттинно! стiнки тощо.
Тому мета роботи - дослщити закономiрностi застосування акустично! ка-вггацц за присутностi рiзниx газ^в для очищения сток1в пивоварного виробництва.
Матерiали та методи. Об'ект дослвдження - стiчна вода 1з "Пивоварнi "Кумпель". Стоки пивоварно! промисловосп з тдвищеним вм1стом др1ждж1в роду Saccharomyces та бактерш (Micrococcus, Bacterium, Pseudomonas та Sarci-na) дослщжували в атмосфер! газ!в р1зно! природи (аргон, кисень, вуглекислий газ) в умовах каитацп та без них. Для цього дослщжуваного об'екта вихвдш значення м1кро6ного числа (МЧ) знаходилися в дiапазонi 10000180000 КУО/см3. Для визначення загально! кшькосп МО у вод1 з метою здшснення бактерiологiчного i! дослiджения використовували ушверсальне по-живне середовище - м'ясо-пептонний агар. Культивування дослiджуваниx МО проводили глибинним методом. МО вирощували у термостатi за пост1йно! тем-ператури (37 °С) тривалiстю 48 год [5, 6].
Для дослщження впливу природи газу на ефектившсть кавiтацiйного оброблення води експерименти здiйснювали в УЗ пол1 за атмосферного тиску, температури 298 К, частоти УЗ 22 кГц. Час оброблення 1-120 хв. УЗ коливання частотою 22 кГц в1д низькочастотного генератора УЗДН - 2Т (потужшсть 90 Вт) передавали за допомогою магштострикцшного випромшювача, зануре-ного в об'ем дослвджувано! води з вщомим початковим значенням МЧ
У зв'язку 1з нестабiльними вих1дними значеннями початкових МЧ залеж-но в1д продуктивной заводу та дня в1д6ору проби, досл1джуючи вплив природи газiв на процес окиснення органiчниx речовин та знешкодження бактерiй у стоках пивоварного виробництва, для зручност пор1вняння отриманих результатов розраховано ввдношення МЧ/МЧ0 залежно в1д тривалостi озвучування. У попереднix наших дослiдженияx на зразках природних вод з озер Льв1всько! обл. було встановлено, що при змш вих1дно! к1лькост1 МЧ у межах порядку тенденцп щодо впливу природи р1зних газiв в умовах кавтцп збер^аються [7].
Результати та ïx обговорення. Пiд час дослщження кaвiтaцiйного впли-ву пpиpоди apгонy на пpоцес знезapaження стiчноï води "Пивовapш мKyмпельм досягнуто зниження МЧ ^отягом усього пpоцесy. Чеpез двi години обpоблення дослiджyвaноï води ктьюсть МО зменшилася до 2350 KУО/см3, що у 40 paзiв менше вiд вiдносно початкового значення.
Шд час бapботyвaння самого ттьки apгонy пpотягом 120 xв кiнцеве значення МЧ зменшилося у 7 paзiв поpiвняно з початковим i становило 13845 KУО/см3. Отже, застосування сп1льно'1 дп* УЗ та apгонy на пpоцес вiдмиpaн-ня клггин МО у стiчнiй водi е у 5,9 pasa ефектившше, тж бapботyвaння самого apгонy (pис. 1). Шд час дослщження впливу вуглекислого газу на пpоцес знезapa-ження стiчноï води мПивовapнi мKyмпельм спостеpежено зменшення МЧ як за дй* УЗ, так i без нього. А це, своею чеpгою, ^извело до зменшення МЧвiд 105800 до 5490 ^О/см3 в умовак кaвiтaцiï, що в 19 paзiв менше вiд початкового значення i на 12864 ^О/см3 менше поpiвняно з бapботyвaнням чистим СО2 фис. 2).
0 1800 3600 5400 7200 9000 Час, с 0 1800 3600 5400 7200 9000 Час, с Рис. 1. Зaлeжнicть МЧ cтiчнoï Рис. 2. Зaлeжнicть МЧ cтiчнoï води
води "Пивоварш "Кумneль " "Пивоварш "Кумпть " вiд часу
вiд часу в aтмocфeрi аргону oбрoблeння в aтмocфeрi вуглгкислого газу
Дат з'ясовували кавггацшний вплив кисню на загальне МЧ цього зpaзкa води. Внаслщок озвучення в aтмосфеpi кисню МЧ знизилося чеpез годину дй* УЗ вщ 115000 ^О/см3 до 53600 KУО/см3. Пiсля 120 xb впливу УЗ xвиль та кисню загальна кiлькiсть МО становить 9256 ^О/см3, це у 12 paзiв менше, поpiвняно з початковою величиною. Шд час бapботyвaння самого кисню ^отягом години спостеpежено часткове зменшення числа МО. Ефектившсть сyмiсноï дй* кисню та УЗ е у 2,1 paaa вищою поpiвняно iз дieю самого кисню в pеaкцiйне сеpедовище.
На pra. 3 пpедстaвлено поpiвняльнy xapaктеpистикy дй* тpьоx дослщжу-вaниx гaзiв у кaвiтaцiйниx yмовax на ^оцес знезapaження стiчноï води "Пиво-вapнi '^ум^ль". Нaйбiльшого ефекту досягнуто в paai озвучення дослщжува-но'1 води в сеpедовищi apгонy, осктьки вщносна кiлькiсть МО мае нaйменшi значення, як i тсля 30 xв дослiдy (0,282), так i тсля 120 xв (0,024). За озвучення в сеpедовищi кисню та вуглекислого газу спостеpежено часткове накладання точок 30-то'1 i 90-то'1 xв, xочa в кiнцевомy pезyльтaтi бapботyвaння вуглекислого газу в УЗ полi дае кpaщий ефект зaгибелi МО 5490 KУО/см3, поpiвняно з 9256 KУО/см3 за дй' кисню у сеpедовищi кaвiтaцiï.
Експеpиментaльнi дaнi ^оцесу знезapaження у сеpедовищi apгонy об-pобляли згiдно з таким piвнянням:
k=1inМЧо, [с-1].
t M4t
(1)
Нащональний лкотехшчний унiверситет Укра'ни
О 1800 3600 5400 7200 9000 Рис. 3. 3eyKoxiMi4Ha залежтсть МЧ/МЧ0 проби cmiHHüi води "Пивоварт "Кумпель " eid часу в атмоcферiрiзних ¿asie
Час, с 0 1800 3600 5400 7200 9000 Час, с Рис. 4. Наniвлогарифмiчна анаморфоза залежной 1пМЧ0/МЧ вiд часу оброблення проби ^чно'1 води "Пивоварт "Кумпель " в атмосферi вуглекислого газу
Аналопчт розрахунки проведено для отриманих експериментальних да-них iз зменшення МЧ в атмосферi кисню та вуглекислого газу за озвучування та без нього. Для прикладу, на рис. 4 показано, що кривi змши залежносп МЧ вщ часу в атмосферi вуглекислого газу напрямленi в координатах (1п[МЧ0/МЧ|; t) i для опису цього процесу можна застосувати кшетичне рiвняння першого порядку. Для решти дослiджуваних газiв спостережено аналопчш напрямлення.
Розрахунок частки загибелi МО в атмосферi кисню, вуглекислого газу та аргону ще раз тдтверджуе, що найефективнiшим знезаражувальним агентом е аргон (табл.), осктьки упродовж усього процесу в кав^ацшному середовищi цей газ спричинив найвищу частку загибелi МО.
Табл. Зведена таблиця ступетв знезараження стiчно'i води "Пивоварм _"Кумпель ", обробленоЧ УЗ в атмосферах риних газiв_
Дослщжуваний газ
Стушнь знезараження слчно!' води "Пивоварт "Кумпель" (D), %
1800 с
3600 с
5400 с
7200 с
Аргон
71,78
86,38
93,36
97,55
Кисень
53,39
74,26
8581
91,95
Вуглекислий газ
54,34
72,58
84,87
93,9
У таблиц представлено, що на 30-й хвилит в атмосферi аргону досягну-то ступеня знезараження спчно'* води "Пивоварт "Кумпель" 71,78 %, а впро-довж усього процесу оброблення - 97,55 %, що на 2,74 % бшьше, тж у разi ви-користання вуглекислого газу, та на 5,6 % бшьше, тж в атмосферi кисню. Це, своею чергою, дае змогу встановити вiдносний ряд ефективностi впливу приро-ди дослiджуваних газiв на кавтацшне знезараження стiчноí води "Пивоварт "Кумпель" Ar > CO2 > O2.
Висновки. Отже, на основi проведено'' мкробюлопчно'* щентифкацп спчно'* води iз "Пивоварнi "Кумпель" встановлено, що найбшьш типовими представниками цiеí води е: дрiжджi роду Saccharomyces та бактерп (Micrococcus, Bacterium, Pseudomonas та Sarcina). Дослщжено вплив природи барботова-них газiв (аргону, кисню та вуглекислого газу) у водне середовище. Експери-ментально встановлено, що звукохiмiчний процес знезараження води вщ дрiж-джiв роду Saccharomyces та бактерш (Micrococcus, Bacterium, Pseudomonas та Sarcina), незалежно вiд природи барботованого газу, можна описати, застосу-
вавши кшетичне ршняння першого порядку. Встановлено ввдносний ряд ефек-тивностi впливу природи газу на загибель МО у дослвджуванш стiчнiй водi "Пивоварш "Кумпель", де найбiльшу знезаражувальну активнiсть проявив аргон (97,55 %).
Лiтература
1. КолпакчиА.П. Вторичные материальные ресурсы пивоварения / А.П. Колпакчи, Н.В. Голикова, О.В. Андреева. - М. : Изд-во "Агропромиздат", 1986. - 160 с.
2. Домарецький В.А. Технологи солоду та пива : щдручник / В.А. Домарецький. - К. : Вид-во "ШКОС", 2004. - 426 с.
3. Мелентьев А.Е. Технологiя солоду, пива та безалкогольних напо1в у задачах i прикладах / А.Е. Мелентьев, В.А. Домарецький, С.Р. Тодосшчук, А.М. Куц, Н.О. Емельянова, Н.Е. Фролова. - К. : Вид-во НУХТ, 2007. - 256 с.
4. Малюжко О.В. Еколопчш аспекти утитзаци стчних вод пивоварного виробництва / О.В. Малюжко, А.1. Салюк, Г.О. Нiкiтiн // Вода и здоровiе : зб. наук. праць, 2001. - С. 57-60.
5. Слюсаренко Т.П. Лабораторный практикум по микробиологии пищевых производств / Т.П. Слюсаренко. - М. : Изд-во "Легкая и пищевая пром-сть", 1984. - 208 с.
6. Никитин Г.А. Биохимические основы микробиологических производств : учебн. пособ. - Изд. 2-ое, [перераб. и доп.]. - К. : Вид-во "Вищашк.", 1992. - 319 с.
7. Шевчук Л.1. Вплив ультразвуку на баю^альне знезараження води залежно вщ при-сутнього газу / Л.1. Шевчук, 1.З. Коваль, В.Л. Старчевський, I.E. Никулишин // Вiсник Нащональ-ного ушверситету "Львiвськаполiтехнiка". - Сер.: Хлмщ технологiя речовин i 1х застосування. -Льв1в : Вид-во НУ "Лымвськаполп-ехнжа". - 2008. - № 609. - С. 264-267.
Надклано до редакщ! 24.02.2016 р.
ШевчукЛ.И., Никулишин И.Е., ФаликТ.С. Кавитационное обеззараживание стоков пивоваренного производства в присутствии газов различной природы
Исследовано влияние природы газов (аргона, кислорода и углекислого газа) на процесс звукохимического обеззараживания стоков пивоваренного производства. Проведена микробиологическая идентификация сточной воды из "Пивоварни "Кумпель" и установлено, что наиболее типичными представителями данной воды являются дрожжи рода Saccharomyces и бактерии (Micrococcus, Bacterium, Pseudomonas та Sarcina). Подтверждено, что кавитационный процесс обеззараживания пивоваренных стоков, независимо от природы барботированного газа, можно описать, применив кинетическое уравнение первого порядка. Установлен ряд эффективности воздействия природы газов на процесс кавитационной очистки исследуемой воды, где наибольшую эффективность показал аргон.
Ключевые слова: микроорганизмы, сточная вода, кавитационная очистка воды, ультразвук, микробное число.
Shevchuk L.I., Nykulyshyn I.E., Falyk T.S. Cavitation Sanitization of Brewing Industry Drains in the Presence of Gases of Different Nature
The nature of the effect of gases such as argon, oxygen, and carbon dioxide on the process of sonochemical wastewater disinfection of brewing industry has been investigated. A microbiological identification of wastewater from the "Kumpel" brewery is made. The most typical representatives of this water are found to be yeast genus Saccharomyces and bacteria (Micrococcus, Bacterium, Pseudomonas and Sarcina). It is confirmed that cavitational process of wastewater disinfection from brewing production can be described by the kinetic equation of the first order, regardless of the gas bubbling nature. The efficiency row of the gas nature impact on the process of cavitational purification of investigated water is established; the highest efficiency of argon is also shown.
Keywords: microorganisms, wastewater, cavitation water purification, ultrasound, mic-robial number.
