CC BY
15
УДК 628.358
Зяблицев А.В., Пустынская А.С., Калёнов С.В., Нистратов А.В.
ОЧИСТКА МЕДЬСОДЕРЖАЩИХ СТОКОВ ПРОМЫВНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА ГРАНУЛИРОВАННЫМ АЭРОБНЫМ АКТИВНЫМ ИЛОМ
Зяблицев Артем Владимирович, студент 3 курса факультета биотехнологии и промышленной экологии, e-mail: zyablitsev@aol.com;
Пустынская Алеся Сергеевна, студентка 2 курса факультета биотехнологии и промышленной экологии; Калёнов Сергей Владимирович, к.т.н, доцент кафедры биотехнологии; Нистратов Алексей Викторович, к.т.н, доцент кафедры промышленной экологии; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20.
В настоящей работе предложен метод очистки медьсодержащих модельных стоков промывных вод гальванических производств гранулами адаптированного к стрессу аэробного активного ила. Приведены данные по составу микроорганизмов, формирующих гранулы. Исследованы условия культивирования микроорганизмов. Отслежена кинетика сорбции ионов меди в присутствии ионов аммония и поверхностно-активных веществ. Ключевые слова: гранулированный аэробный активный ил, медь, гальваническое производство, очистка сточных вод, промывные воды, меднение.
TREATMENT OF COPPER-CONTAINING RINSING WATER OF PLATING INDUSTRY BY AEROBIC GRANULAR SLUDGE
Zyablitsev A.V., Pustynskaya A.S., Kalenov S.V., Nistratov A.V. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
There is a treatment method of copper-containing rinsing model water effluents from plating industry by stress-resistant aerobic granular sludge in the present work. The information on the composition of microorganisms forming granules are provided. Optimal conditions for the cultivation of microorganisms have selected. Kinetics of copper sorption in presence of ammonium ions and surfactants were tracked.
Keywords: aerobic granular sludge, copper, plating industry, wastewater treatment, rinsing water, thinning.
Проблема загрязнения водных ресурсов соединениями меди в связи с её высокой токсичностью по-прежнему актуальна. Согласно государственным санитарно-эпидемиологическим нормативам России предельно допустимая концентрация (ПДК) меди в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования равняется 1 мг/л, класс опасности 3 [1]. Одной из отраслей промышленности, которая сбрасывает в сточные воды большие количества тяжелых металлов, является гальваническое производство. На данных предприятиях в составе промывных вод содержатся не только неорганические соединения, но и органические комплексы с анионными поверхностно-активными веществами (ПАВ), такие как додецилсульфат натрия (SDS) и додецилбензолсульфат (DBS) натрия. Данные соединения попадают в стоки, очищение которых с помощью традиционных методов очистки представляет известные трудности из-за их невысокой концентрации и образования устойчивых комплексов. Сброс таких веществ в объекты водопользования представляет экологическую угрозу для флоры и фауны, а также налагается экологическими сборами, что наносит экономический ущерб предприятиям. Для операции удаления соединений меди повсеместно используются базовые методы очистки, такие как химическое осаждение, электрофлотация, извлечение на ионообменных смолах. Данные способы позволяют минимизировать выбросы токсичных комплексов в окружающую среду, однако имеют достаточно
высокую стоимость установок очистки и расходных материалов[2] [3].
В качестве альтернативы используемым методам очистки может быть предложен вариант удаления повышенного количества вредных веществ с помощью гранулированного аэробного активного ила (ГААИ), который образуется из сообщества, полученного из очистных сооружений (аэротенков) под воздействием окислительного стресса. Данный подход к очистке высокотоксичных сточных вод промышленных предприятий можно считать перспективным, рациональным и отвечающим требованиям ресурсосбережения.
ГААИ был селектирован в отъемно-доливном режиме с циклическими стадиями окислительного стресса, одномоментного внесения подпитки и голодания, с целью получения плотных, устойчивых гранул. Наиболее важные линии ГААИ изображены на рисунке 1. Образцы под номерами 1 и 3 обладают большим размером гранул по сравнению с образцом 2 из-за количественного преобладания грибных культур по отношению к бактериальным. Культивирование сообщества микроорганизмов проводили в шейкере-инкубаторе Infors minitron, при 150 об/мин и температуре 25-30 градусов, используя жидкую модифицированную среду Гаузе №1, с содержанием крахмала 2,5 - 3 г/л. Для определения микробиологического состава гранул использовался макрометод последовательных разведений по Коху и высев в чашки Петри на агаризованную твердую среду Эшби с последующим подсчетом КОЕ.
Рис. 1. Образцы гранул аэробного активного ила в жидкой среде
В работе [4] проведен анализ фрагментов ДНК, кодирующей 16S рРНК культур микроорганизмов, входящий в состав ГААИ. Определено, что в состав гранулы входят Microbacterium oxidans, Agrobacterium tumefaciens, Bacillus
amiloliqefaciens, Fusarium nivale, Fusarium oxysporum и Penicillum glabrum. Морфологические данные полностью соответствуют высевам. В настоящей работе исследовано, что меньший диаметр гранул соответствует большему количеству бактериальных единиц, её образующих.
Проводились 4 линии адаптации ГААИ к загрязняющим факторам: адаптация к меди, ионам аммония, ПАВам SDS и DBS , а также их смеси. В работе [5] на изолированных культурах грибов показано, что с ростом концентрации меди в растворе, повышается его количество в клетках соответствующих организмов. Таким образом, с каждым последующим поступлением тяжелых металлов из раствора, сорбционная емкость культуры будет уменьшаться. Проведено исследование биосорбции меди на адаптированном ГААИ на фоне комплекса с аммиаком и ПАВ - SDS. Анализ проводился на атомно-абсорбционном спектрометре с пламенной атомизацией Квант-2А, в центре коллективного пользования (ЦКП) РХТУ им. Менделеева. Исследовано, что на скорость извлечения оказывают влияние не лиганды комплекса, а технические возможности забора проб в нулевой момент времени, в связи с чем определено, что после незначительного перемешивания основная биосорбция происходит в период до 10 мин.
Рис. 2. Адсорбция меди в комплексе с аммиаком и
В образце с внесенной концентрацией 50 мг/л Си2+, на фоне SDS остаточная концентрация после 10 минут исследования остается на уровне 5 мг/л, что показано на риа 2. Данное количество меди в растворе уменьшается до 10 раз по сравнению с введенным, этот факт подтверждает возможность использования ГААИ в качестве адсорбента меди в комплексах с аммиаком и ПАВ.
Следующая линия - адаптация микроорганизмов к аммиаку, который в больших количествах содержится в стоках. Поступление КЫ3 в водном растворе приводит к защелачиванию и нитрификации среды, что является достаточно большой проблемой для развития устойчивого сообщества микроорганизмов в ГААИ, особенно для азотфиксирущих бактерий, которые образуют центр гранулы.
Исследована кинетика потребления ионов аммония с начальной концентрацией 100 мг/л из водной среды активным илом (рис. 3). В построении данного графика использовался фотометрический метод определения в комплексе с реактивом Несслера с помощью спектрофотометра Shimadzu иУ-2600. Наилучшее потребление КЫ4+ показано образцом 2, в гранулах которого содержалось большее количество бактерий, по сравнению с другими линиями ГААИ.
—•— Образец 1
—1— Образец 2
- "A" - Образец 3
- \
>r—----
......
\ ......*
\
\
\
\
\
1 1 1 \ 1 1 i 1 1 1 1 1 1 1
О 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
Время, дни
Рис. 3. Кинетика потребления ионов аммония гранулами разных этапов созревания
В итоге, показана действительная возможность биосорбции меди гранулированным аэробным активным илом, в том числе и с мешающими агентами в виде комплексных лигандов аммония, ПАВ (SDS и DBS). Перспективно использование ГААИ в этой области очистки высокотоксичных сточных вод. Возможна проработка потоковой [6]
о 2+
очистки Cu - содержащих сточных вод с помощью ГААИ. Более глубокая оценка влияния состава комплексов меди, а также других тяжелых металлов на эффективность биоизвлечения с помощью ГААИ требует дальнейших исследований, как в отъемно-доливном, так и в проточных режимах. Важно уделить особое внимание реальному применению данного метода очистки в промышленных условиях.
Список литературы
1. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования: ГН 2.1.5.1315-03. - Введ. 15.06.2003 - М.: НЦПИ, 2003. - 94 с.
2. Григорьева М.С., Жданова А.С., Нистратов А.В., Клушин В.Н., Колесников В.А. Динамика ионообменного извлечения медьорганических комплексов из промывных вод гальванического производства // Гальванотехника и обработка поверхности. - 2017. - Т. 25, № 4. - С. 37-43.
3. Колесников В.А., Ильин В.И., Капустин Ю.И. Электрофлотационная технология очистки сточных вод промышленных предприятий. - М.: Химия, 2007. - С. 107-111.
4. Соколова Л.С. Формирование и функционирование гранул на основе азотфиксирующего сообщества и культур грибов гранулированного аэробного активного ила: Магистерская диссертация 19.04.01. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, 2017.
5. Тюпа Д.В., Каленов С.В., Суясов Н.А. Биосорбенты тяжелых металлов на основе микромицетов активного ила // Бутлеровские сообщения. - 2017. - Т.50, №5. - С. 57-64.
6. Christoforidis A.K., Orfanidis S., Papageorgiou S.K., Lazaridou A.N., Favvas E.P., Mitropoulos A.Ch. Study of Cu (II) removal by Cystoseira crinitophylla biomass in batch and continuous flow biosorption // Chemical Engineering Journal. - 2015. - V. 277, P. 334340.
