CC BY
57
21. Зайцев, С. В. Разработка методов газохроматографических определений содержаний растворенных компонентов в энергетических маслах [Текст] / С. В. Зайцев, В. А. Кишневский, С.Л. Савич // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2014. - Т. 6, № 6 (72). - С. 34-42. doi: 10.15587/1729-4061.2014.29389
22. Зайцев, С. В. Методы определения коэффициентов распределения ионола в системе «трансформаторное масло -ионол - этанол». Выбор условий и процедур выполнения измерений [Текст] / С. В. Зайцев, Д. А. Большаков, Г. К. Янковский // Электрические сети и системы. - 2011. - № 5. - С. 48-56.
23. Mak, T. Optical fiber sensor for the continuous monitoring of hydrogen in oil [Text] / T. Mak, R. J. Westerwaal, M. Slaman et al. // Sensors and Actuators B: Chemical. - 2014. - Vol. 190. - P. 982-989. doi: 10.1016/j.snb.2013.09.080
24. Treybal, R. E. Liguid Extraction [Text] / R. E. Treybal; 2nd Ed. - New York, 1963. - 720 p.
25. Khayam, U. Study on Dissolved Gas Due Tue Thermally Degraded Insulating Paper in Transformer Oil [Text] / U. Khayam, M. Tsuchie, M. Thein, M. Hikita, T. Saito // Procedia Technology. - 2013. - Vol. 11. - P. 257-262. doi: 10.1016/j.protcy.2013.12.189
26. ДСТУ ISO 8466-1-2001 Визначення градуювально! характеристики методик галькюного хiмiчного аналiзу. Частина 1. Ста-тистичне оцшювання лшшно! градуювально! характеристики (ISO 8466-1:1990, IDT) [Текст] / К.: Держстандарт Украши, 2002. - 18 с.
У статтi подат результати дослидження про-цесу iммобiлiзацii бактерш ТЫоЬасШш sp. на поверхш мтерального нотя, що виготовлений на основi диггдратного фосфогтсу. Зроблено аналiз ефективностi видалення Ырководню iз бiога-зу та оцтку можлив^ть використання фосфо-гтсових вiдходiв як завантаження-тдживлен-ня, що е джерелом потрiбних для мiкроорганiзмiв макро- i мiкроелементiв, та стимулюе розвиток ацидофiльноi асощацп, яка здатна окислювати Ырководень з утворенням елементарноi Ырки в кислому середовищi
Ключовi слова: бiотехнологiя, видалення ыр-ководню, бюгаз, фосфогiпс, iммобiлiзацiя мжро-
органiзмiв, ырка
□-□
В статье представлены результаты исследования процесса иммобилизации бактерий ШоЬасШш sp. на поверхности минерального носителя, который изготовлен на основе диги-дратного фосфогипса. Сделан анализ эффективности удаления сероводорода из биогаза и оценка возможности использования фосфогипсовых отходов как загрузки-подпитки, что является источником необходимых для микроорганизмов макро- и микроэлементов, и стимулирует развитие ацидофильной ассоциации, которая способна окислять сероводород с образованием элементарной серы в кислой среде
Ключевые слова: биотехнология, удаление сероводорода, биогаз, фосфогипс, иммобилизация микроорганизмов, сера
УДК 502.5:661.21
|DOI: 10.15587/1729-4061.2015.39044|
РОЗРОБКА БЮТЕХНОЛОГП ВИДАЛЕННЯ С1РКОВОДНЮ 1З Б1ОГАЗУ З ВИКОРИСТАННЯМ 1ММОБ1Л1ЗАЦ1ЙНОГО МАТЕР1АЛУ НА ОСНОВ1 ФОСФОГ1ПСУ
£. Ю. Черниш
Кандидат техшчних наук, асистент* E-mail: [email protected] Л. Д. Пляцук
Доктор техшчних наук, професор, завщувач кафедри* E-mail: [email protected] *Кафедра прикладноТ екологп Сумський державний ушверситет вул. Римського-Корсакова, 2, м. Суми, УкраТна, 40007
1. Вступ
Реал1защя еколопчно безпечних технолопч-них процес1в е безперечно важливим шструментом сталого розвитку. «Зелена» економжа мае високий мультиплжативний ефект, забезпечуючи зайнят1сть населения, стимулюючи актившсть в шших сферах д1яльност1, стимулюючи шновацп, дозволяючи
ефективно освоювати ресурси i проспр (особливо в несприятливих умовах при нестачi шфраструктури). В цьому аспект набувае все б^ьшо! актуальност розвиток еколопчно! бютехнологп, яка використовуе як сировину побутовi та промисловi вщходи. Крiм того, цей напрямок забезпечуе зниження техногенного навантаження на довюлля не пльки вщ залу-чення в технолопчний процес вiдходiв, але внаслщок
© е.
м1н1м1заци можливих негативних вплив1в в1д власне цього виробництва. Це забезпечуеться розробкою техшчних прийом1в та технолопчного устаткування з вщповщною бюенергетичною шдтримкою та управ-лшням, що включае системи мошторингу 1 контролю вих ланок процесу виробництва та !х можливого впливу на компоненти природного середовища. При цьому особливу увагу на сьогодш прид1ляють роз-робщ бюгазових технологш 1 виробництву бюметану, що набувае все б1льшо! актуальност внаслщок заго-стрення енергетично! кризи.
2. Аналiз лiтературних даних i постановка проблеми
Для очищення бюгазу до бюметану використову-ються р1зш технологи. Найб1льш поширена технолопя водяного скрубера, а також адсорбщя при змшно-му тиску (АПД) 1 використання х1м1чного скрубера (рис. 1) [1-3].
<2001 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
Р1к
Рис. 1. Технологи очищення бюгазу до бюметану в свт [1]
Водна абсорбщя мае наступш недолжи: у процес1 очищення у вод1 накопичуються розчинш с1рчана та вупльна кислоти, що викликае корозшш процеси в устаткуванш та трубопроводах. При цьому вода е до-брим розчинником не т1льки с1рководню 1 вуглекис-лого газу, але й метану, що спричиняе втрату паливно! складово! газу. Кр1м цього так1 системи очищення по-требують високих показниюв витрат холодно! води. Вода, що виходить 1з ще! системи, з розчиненими в нш газопод1бш речовини (NHз, H2S, СО2) потребуе обеззараження, адже несе еколопчну небезпеку при !! скид1 у водш об'екти чи використанш в систем! оборотного водопостачання. Важливим аспектом також е необхщшсть подач1 газу для барботування тд висо-ким тиском, що спричиняю техшчш труднощд в екс-плуатацп та ризик виникнення аваршних ситуацш та потребуе встановлення компресор1в, що вщповщають вимогам вибухозахисту.
1нш1 методи очищення бюгазу засноваш на хемо-сорбцп. При цьому у ход1 х1м1чних реакцш утворю-ються сол1 р1зно! розчинность Так, при взаемодп з лугами с1рководню та вуглекислого газу утворюють-
ся розчинш соль Розчини г1дрокарбонат1в необхщно кип'ятити, що викликае ускладнення технолопчного процесу та трудношд техшчного характеру.
Мембранне розд1лення мае досить високу ефек-тившсть, але належить до найб1льш катталом1стких метод1в.
На сьогодш все б1льшого розповсюдження набу-вають бютехнолопчш системи очищення природного газу та бюгазу. Особлива увага прид1ляеться вида-ленню с1рководню з газово! фази. Все б1льш широко дослщжуються процеси аеробного бюлопчного окис-лення газопод1бних забруднювач1в [4-9].
У щлому до переваг технологш бюлопчного обез-арювання можна вщнести [8]:
- вщсутшсть необхщност в дорогих х1м1чних препаратах, що вимагають використання окислю-вально-вщновних процеав;
- простота експлуатацп, а одержувана бюлопч-ним шляхом арка легко розчиняеться у вод! 1 поводиться як стаб1льна суспенз1я не викликаючи засмь
чень та шших проблем;
- немае шкщливого впливу на на-вколишне природу, використовуються бактерп, що мешкають в природному середовищГ;
- температура не виходить за рамки температури навколишнього середови-ща (вщ 25 до 40 оС для розчину);
- бюреактор 1 в1дс1ки вщновлен-ня с1рки працюють при атмосферному т ис к у.
У системах бюлопчного очищення газ1в вщ шрководню найб1льш активною бюмасою в бюф1льтр1 е гетеротроф-ш 1 хемолиоавтотрофш групи. Серед них ТЫоЬасШш sp. е найпоширешшою р1зновидом м1крооргашзм1в, що шддае бютрансформацп H2S з видаленням його ¿з газово! фази. Зауважимо, що шрководень при високш концентрацп може пригшчувати процес первинного розвитку потр1бних еколого-троф1чних груп м1крооргашзм1в 1 впливати на стушнь вида-лення H2S з бюреактора. Також вш може вплинути на бюх1м1чт реакцп, що проводяться ТЫоЬасШт sp., у бж утворення шрчано! кислоти. 1ммоб1л1защя м1-крооргашзм!в на мшеральному носи швелюе под!бш процеси, виконуе захисну функщю 1 сприяе форму-ванню стшко! асощаци. В цьому напрямку розгля-дають р!зш вар1анти ¿ммобШзацшного матер1алу адсорбенту [4-6, 9].
У робот! [4] для ¿ммобШзацп тюбацил було ви-користано матер1альний носш 1з пол1уретану. При цьому ефектившсть видалення с1рководню склала 95 % при вихщних концентрац1ях арководню 300, 150 та 100 ррт^ Тобто це технолог1чне р1шення спря-моване на очищення газових потоюв 1з незначним вм1стом с1рководню (природного газу, с1рковмюних газових викид1в шдприемств). Та !! проблематично використовувати для очищення бюгазу. Особливо в умовах використання в бюгазових установках як сировину оргашчш вщходи, що мютять сполуки арки. Кр1м того, якюний склад к1нцевого продукту бюлопчного окислення г1дроген сульф1ду повн1стю
залежав вщ концентрацп кисню в система Пiд кисне-вообмежуючими умовами в [4] брали концентращю
02 нижче 0,1 мг/л, що обумовлювало утворення «рки як кiнцевого продукт сульфщного окислення, в той час як сульфат утворювався в умовах обмеження сульфщу. Вiдповiдно для систем, що працюють i3 змiнним компонентним складом газовоï фази можуть виникнути ускладнення в трансформацп сiрководню саме в елементарну «рку.
У роботi [5], щоб стимулювати утворення добре осаджуваного осаду «рки здiйснено просторове розд^ення процесу аерацiï рiдкоï фази i окислення сiрководню. Рiдку фазу шсля насичення ïï газом в окремому блощ установки направляли в бюреактор. Таким чином, було уникнуто турбулентного режиму аерацп рiдкоï фази в бюреакторь Зауважимо, що при цьому в автотрофних умовах майже вся бюма-са «ркоокислюючих мiкроорганiзмiв у бiореакторi знаходилася в осадi сiрки, а не як в^ьна клiтинна суспензiя. Вiдповiдно при видаленш сiрки вщбува-лося знищення активноï бiомаси, що спричиняло зниження ефективност газоочищення. Оскiльки бiомаса видалялася з бюреактору в цiй технологiï проблематично впроваджувати б^ьш високi швид-кост завантаження сульфiду.
У дослiдженнi [6] використовували два штами Thiobacillus sp., яю були видiленi iз чис^ культури мiкроорганiзмiв iз аеробного мулу лжеро-гор^чано-го заводу i сичних вод молокозаводу. Експерименти проводилися з використанням штамiв у пакетному бiореакторi з початковою концентрацieю сульфiду 75 i 150 мг/л. Однак, в цш робой не було враховано автокаталиичний процес формування асощацп «р-коокислючих мiкроорганiзмiв у просторi бюреакто-ра. У промислових масштабах проблематично вико-ристовувати чистi культури i окремi штами бактерiй. Адже вони з часом витюняються iншими видами, що розвиваються на одному з ними субстрат (конкуренте iнгiбування), та видаляються iз реактору з продуктами метаболiзму (сiркою).
Для iммобiлiзацiï бактерш у робой [7] було ви-користано носш на основi неоргашчного полiмер-ного композиту високопористоï структури, при цьому стушнь видалення «рководню складав бiльше 95 %. Однак, слiд зауважити, що використання висо-копористого матерiалу спричиняе значний стушнь адсорбцп продукту метаболiзму бактерш (елемен-тарноï сiрки), а отже ускладнюе процес регенерацiï носiя та видалення «рки iз нього.
ТехнолоНя THIOPAQ [8] була розроблена для видалення H2S з газового потоку рiзного походження, зокрема бюгазу. У скруберi газовий потiк контактуе
3 водним розчином каустичноï соди. У систему пода-еться розчин NaOH зi значеннями рН у дiапазонi вiд 8,2 до 9,0 од. Потрiбно зазначити, що при вщведенш розчину NaHS зi скрубера в бюфшьтр необхiдно вра-ховувати значення рН, що оптимальш для розвитку представниюв роду Thiobacilllus. Адже б^ьшють видiв тiобацил вiдноситься до ацидоф^ьних, вщпо-вiдно лужне середовище може iнгiбувати процес '¿х розвитку.
У дослщженш [9] використовуеться завантаження з кислотостшкого сорбенту (лавсано-вих йоршiв), на якому iмобiлiзований спеща-
лiзований мiкробiоценоз. При цьому установка включала в себе два бюреактора: один для окислення «рководню, дюксиду сiрки, амiаку, другий -для окислення метану. Ефект очистки газоподiбно-го середовища в динам^ експлуатацii фiльтру вiд сiрководню за три мюящ зрiс з 50 % до 95,5 %. Слщ зазначити, що потрiбен постiйний шдведення по-живних речовин в установку. Крiм того, у зв'язку з високою вартiстю енергоносiiв все б^ьшою актуаль-ностi набувае використання бюгазових технологiй з генерацiею бiометану. Впровадження таких систем е перспективним на очисних спорудах у системах бюлопчного очищення стоюв.
Таким чином, розглянутi технологii не дозволяють проводити очищення газiв з тдвищеним вмiстом Н2S (бiльше шж 2,5-5 % вiд об'ему). Крiм того в процесi ав-тоселекцп може формуватися ацидофiльна асоцiацiя мiкроорганiзмiв. Цьому сприяють бiохiмiчнi реакцii, що проходять в аеробному бюреактор^ з частковою трансформацiею гiдроген сульфiду в арчану кислоту, утворення якоi е не бажаним, адже може викликати прискорене зношення деталей устаткування.
Важливим завданням е мiнiмiзацiя концентрацп введеноi в систему живильного середовища та штен-сифжащя росту потрiбних еколого-трофiчних груп мiкроорганiзмiв. Для чого потрiбно використовува-ти як завантаження в бюреактор мшеральш носii, що можуть стимулювати розвиток бактерiального матриксу на '¿х поверхнi та зменшити токсичний вплив як компонентiв газового потоку, так i побiч-них метаболтв.
Зауважимо, що мiнеральним завантаженням для iммобiлiзацii сiркоокислюючих мiкроорганiзмiв може стати фосфогшс - багатотоннажний вщхщ хiмiчноi промисловостi.
Як вiдомо [10], фосфогшс видшяеться високою концентрацiею кальщю i сiрки, силiцiю, крiм того в ньому метиться фосфор, а в мжроюлькостях та-кож можуть бути присутш такi елементи як залiзо, фтор, барiй, марганець, хром i т. д. Це все обумовлюе використання фосфогiпсу для повноцшного жив-лення рiзних еколого-трофiчних груп мжрооргашз-мiв. Наприклад, для мiкроорганiзмiв-деструкторiв нафтових забруднень [11], Грунтових бактерiальних комплексiв та мiкромiцетiв [12] тощо. За рiзними джерелами [13,14] значення рН фосфогшсу колива-ються в межах 3,5-5,0 од. в залежност вщ вiку (свь жий або складованих у вщвалах), а також техноло-гiчного процесу отримання фосфорно' кислоти. Всi перерахованi вище характеристика фосфогшсових вiдходiв обумовлюють можливiсть '¿х використання у бiотехнологiчних системах рiзноi направленостi.
3. Мета i завдання дослщження
Мета дослiдження - визначення нових напрямюв утилiзацii фосфогiпсових вiдходiв у бiотехнологiчних системах, що побудоваш на принципах екологiчноi безпеки, на прикладi систем бiологiчного очищення бюгазу.
Завдання, на виршення яких спрямовано роботу: - дослщження фiзико-хiмiчних i бактерiальних характеристик завантаження для iммобiлiзацii мiкроор-
raHÍ3MÍB на ochobí фосфогiпсу в процес бiологiчного очищення 6iora3y вiд арководню;
- обгрунтування ефективностi використання mí-нерального завантаження на основi фосфогшсу для iнтенсифiкацii розвитку сiркоокислюючих бактерш.
4. Розробка експериментально! моделi бюлопчного очищення 6iora3y вщ сiрководню, що утворений в процесi анаеробно! ферментацп мулових осадiв: експериментальна установка, методи дослщжень
4. 1. Опис лабораторно! експериментально! установки
Лабораторна експериментальна установка скла-даеться з анаеробного ферментатора i блоку десуль-фiризацii. Ферментатор - анаеробна камера бродш-ня, цилiндричноi форми з нержавiючоi стал^ об'емом V=5 дм3, робочий об'ем не перевищував 7/10 загально-го обсягу. Камера була покрита теплоiзоляцiйноi плiв-кою, процес проводився при юмнатнш температyрi (25 оС). У нижнш частинi корпусу бiореактора зна-ходився отвiр для вивантаження мулових осадiв. У верхнiй частинi - був встановлений патрубок для вщводу газово' фази з регулюючим клапаном. Блок десyльфiризацii мав вигляд колони з оргскла об'емом 2 дм3 iз ф^ьтром, гранульоване завантаження якого виготовлено на основi дигiдратного фосфогшсу. Mi-неральнi гранули попередньо шокулювали бiомасою сiркоокислюючих мiкроорганiзмiв, що була вид^ена в накопичувальну культуру з активного мулу. При дослщжент ступеня видалення арководню бiогаз iз анаеробного ферментатора поступав в нижню частину колони через штуцер. У верхнш частиш колони був розташований штуцер для вщведення газу, який про-йшов очистку, та вiдборy проб для аналiзy. Проводило-ся вимiрювання концентрацп H2S на виходi з колони через регулярш промiжки часу (5, 10, 15 годин), також здшснювався контроль фiзико-хiмiчних характеристик завантаження бюфшьтра.
4. 2. Методика проведення мжробшлопчних до-слiджень
Умови культивування накопичувальног культури мжрооргатзмгв. Видшення сульфвд окислюють бак-терiй проводилося з активного мулу станцп аерацii мкьких очисних споруд. Середовище для культивування мало наступний склад: NH4Cl, 1,0г; K2HPO4, 0,6 г; CaCl2-2H2O, 0,2 г; FeCl3^H2O, 0,02 г; ZnSO47H2O, 35 мг; CaSO4^2H2O (промитий фосфогшс), 90 мг; MnSO4, 15 мг; дистильованоi води, 1000 мл; рН, 5,0.
Дослгдження мжробюлоггчних препаратгв. Забарв-лення по граму i методу Щля-Шльсона згвдно загаль-ноприйнятим методикам. Дослщження морфологii mí-кробних препарапв проводять за допомогою свгглово' та електронноi мiкроскопii. Miкрофотографii мжроб-них препаратiв отримують й обробляють за допомогою цифрово' системи виведення зображення «SEO Scan ICX 285 AK-F IEE-1394» i морфометрично' програми «SEO Image Lab 2.0» (Суми, Укра'на). 1дентифжащя культур проводиться за визначник Берджi на шд-ставi даних морфологи, фiзiологii та за бiохiмiчними властивостями мiкробних клiтин.
4. 3. Методи дослщження фiзико-хiмiчних характеристик мшерального завантаження на основi фос-фогiпсy
Дослiдження якiсного i юльюсного хiмiчно-го складу зразюв проводилося за допомогою mí-кроскопа-мiкроаналiзатора растрового електро-нного РЕММА-102 (ВАТ «СЕЛМ1», Суми, Укра'на) ТУ 047.99336.025-97, оснащеного багатоканальним рентгенiвським спектрометром iз хвильовою дис-персiею i диспериею за енергiями. Додатково проводилося дослщження елементного складу фосфо-гiпсових вiдходiв методом рентгенфлуоресцентного аналiзy, який дав можливiсть визначити концентрацп елеменив на рiвнi ppm.
Контроль рН проводився за допомогою рХ-метр рХ-150 (iонометр) (Бiлорyсь) з електродом скляним комбшованим «ЕКС-10603».
4. 4. Експериментальне визначення складу газово! фази
Дослщження газово' фази на лабораторному газовому хроматографi СЕЛМ1ХРОМ-1 (Суми, Укра-'на). Використання трьох послщовно пiдключених колонок: попередня PLOT колонка з «PoraPLOT Q»; баластна колонка з «Хроматон N-AW-DMCS»; HP-PLOT колонка з молекулярним ситом Mole Sieve. В якосп газу-ноая був використаний аргон, швидюсть потоку 25 см3/хв. Детектор теплопровiдностi (катаро-метр). Для градуювання i визначення часу утримуван-ня газу використання атестованих повiрочних газових сумшей (ПГС) (ТУ 24.1-025681820016200): Ar -H2S (70 %-30 %), Ar -СН4 (55 %-45 %).
5. Результати дослщження фiзико-хiмiчних та бактерiальних характеристик завантаження на основi фосфогшсу в процеа очищення бiогазy вщ сiрководоню
Фосфогiпс мае ряд важливих властивостей, яю за-безпечують можлившть його використання як джерела мшеральних елементiв при кyльтивyваннi ацидоф^ь-них мiкроорганiзмiв, рiзних еколого-трофiчних груп. Хiмiчний склад фосфогiпсy наведено в табл. 1.
Таблиця 1
Хiмiчний склад гранули на ochobí дипдратного фосфогшсу (зразок висушений при 60 оС)
sío2 P2O5 СаО SO3
1,79 0,45 38,73 39,22
У зразках фосфогiпсy, узятого безпосередньо з виробничо' технологiчноi схеми, були виявлеш у про-цесi рентгенофлуоресцентного аналiзy такi метали (у % вщ загально' маси): Fe (0,010 %), Ni (0,001 %), Cu (0,003 %).
На рис. 2 представлена мшеральш гранули ^а-метр гранул 4-5 мм, волопсть 10 %), виготовлена на основi дипдратного фосфогшсу.
У процес роботи блоку десyльфiризацii вщбу-валося пiдвищення вологостi гранул завантаження бюф^ьтру, яка на початку експерименту складала
10 %, на 30 добу - 15 % i на 50 добу - 17 %. Це свщчить про насичення його вологою, не тыьки вiд системи зрошення, але й вологою, що мютилась в утвореному при збродженнi мулових осадiв бiогазi. На поверхш гранул завантаження утворилась водна плiвка, яка абсорбувала арководень та амiак з подальшою ix тран-сформацieю асощащею аеробних мiкроорганiзмiв, яка за рахунок процеав автоселекцп змiнила свiй видовий склад (табл. 2).
Рис. 2. Гранульоване завантаження-пщживлення на основ1 фосфоппсових в1дход1в. 36. х100
Таблиця 2
Асоц1ац1я м1кроорган1зм1в, що 1ммо61л1зована на гранулах дипдратного фосфог1псу ф1льтра блоку десульф1ризацп
Тpивалicть експе-рименту, дiб КУО/г (гранул)
Сipкоокиcлюючi бактерп Нiтpифiкyючi бактеpií
10 106 105
20 10 7 104
30 108 103
40 109 102
50 1010 0
ментацп змiнювалася (табл. 3). При цьому вщсоток вмюту арководню збiльшувався внаслiдок високого вмюту сполук арки у мулових осадах.
Рис. 3. М1крофотограф1я структури гранули дипдратного фосфоппсу з розвиненим 6актер1альним матриксом. 36. х10 мкм
Та6лиця 3
Результати анал1зу 61огазу в процес анаеробноТ ферментацп мулових осад1в
Компоненти бюгазу Об'емна частка, %
Метан 45,1±2,05
Дюксид вуглецю 26,9±6,37
Сipководень 19,3±5,21
Амiак 4,7±3,07
На рис. 4 представлена залежнють ступеня очистки бюгазу в1д арководню в1д значення рН та три-валост контакту газового потоку з бактер1ями, яю 1ммоб1л1зоваш на мшеральному носи 1з дипдратного фосфоппсу.
На рис. 3 видно скупчення бактерш, а також в1дкладення елементарно'! арки на поверхш гранули. У процес культивування формуеться стшка асо-щащя сульфщокислюючих аеробних м1кроорган1зм1в, юльюсть яких дося-гае 1,2-3,5^1010 КУО/г, в тому числ1 були визначеш види T. intermedius i T. ferrooxidans.
Сл1д зазначити, що бактер1альний матрикс проникае через тоню пори (пор1внянш з розм1рами кл1тин) вглиб гранул, кл1тини шддають ферментшй трансформацп частину мшеральних компонент1в i «зростаються» з мше-ральним иосiем, утворюючи внутр^-иiй «бiоактивиий прошарок». При цьому арка була виявлена на поверхш гранул i легко шддавалася видаленню.
У ходi газохроматографiчного до-слiджеиия складу бiогазу, було визна-чено, що об'емна частка його основних компонен^в протягом усього часу фер-
Рис. 4. Залежнють ступеня видалення арководню в1д часу контакту бюгазу з 6актер1ями, як 1ммо61л1зован1 на завантаженн1-п1дживленн1 1з фосфоппсу: 1 - рН=6,5; 2 - рН=6,0; 3 - рН=5,5; 4- рН=5,0; 5 - рН=4,5; 6 - рН=4,0
Bapia^i значень рН (4,5-6,5) спричинила до змш у метaболiзмi Thiobacillus sp., вiдповiдно, до змiни дина-мжи нарощування бiомaси бaктеpiями, а також сту-пеня видалення H2S. Стутнь видалення H2S збшь-шувалася в iнтеpвaлi значень рН вiд 4,0 од. до 5,0 од., а при тдвищенш рН до 6,5 од. склало пльки 67,20 % на 10 добу (рис. 4). При цьому максимальний стутнь видалення H2S склала 98,22 % при рН=5,0 од. i часу контакту 10 годин, ркт бактерш досяг 3,7-1010 КУО/г.
6. Обговорення результаив iммобiлiзацii мiкроорганiзмiв на гранулах, виготовлених iз фосфогiпсу в процесi очищення бiогазу вiд сiрководню
Отриманi результати свщчать, що при змiщеннi значень рН в кислотну сторону ацидофшьш групи мiкроорганiзмiв розвиваються iнтенсивно з нарощу-ванням бiомаси. При цьому стутнь видалення арко-водню збшьшився i досягла значень при рН=5,0 од.: 24,65 %, 96,71 % i 90,32 % при чаи контакту 5, 10 i 15 годин ввдповвдно. Уповiльнення зростання популяцп сульфiдокисляючих бактерiй спостерiгалося в серп експерименпв пiсля проходження 10 год. контактного часу (15 год.). Це ввдбувалося за рахунок накопичення продукпв метаболiзму бактерiй. Перiод лаг-фази росту ТЫоЬасШт sp. спочатку залежав ввд концентрацп H2S i кисню в систем! Подальше зниження рН до 4,0 не привело до зб^ьшення ступеня видалення арководню.
Гранульована завантакження-шдживлення на основi дигiдратного фосфогшсу мае такi переваги: невисока вартють; джерело потрiбних макро- i мь кроелементiв для мiкроорганiзмiв, стимулюе розви-ток потрiбних еколого-трофiчних груп; створюе спри-ятливi умови для формування бiоплiвки; розширюе поверхню контакту бактерш з газо-водяним потоком; стшка до тдвищено! кислотностi середовища (рН=4,0); виконуе протекторну функцiю, пов'язуючи токсичш компоненти, наприклад важкi метали (летю-чi металлорганiчнi форми). Так, природш механiзми сорбцп, що характернi для живих клиин бактерiй, забезпечують !х металами (мiкро- i макроелемента-ми) у необхщних концентрацiях, якi надходять iз мiнерального субстрату - гранулах фосфогшсу, на якому iммобiлiзованi мжрооргашзми. Клiтини воло-дiють спецiальними транспортними системами, яю, використовуючи енергiю гiдролiзу АТФ, забезпечують
транспорт iонiв всередину клиини або !х видiлення у позаклиинний простiр. Всерединi клiтини метали вившьняються в iонiй чи у формi пов'язанiй з рiзними компонентами цитоплазми.
Таким чином, в процес сiркоочищення форму-ються ацидофiльна асоцiацiя, яка здатна окислювати сiрководень з утворенням елементарно! сiрки в кислому середовишд. При цьому бiотехнологiчна система як i природна мiкробiологiчна система розвиваеться за синергетичними принципами, якi проявляються в розвитку процесу автоселекцп у процес флуктуацiй, що вiдповiдае споживанню амошю i гiдроксид сульфь ду, та змж кислотностi середовища. Слщ зауважити, що хiмiчний склад гранул дипдратного фосфогiпсу пiсля проведення процесу очищення газу змшювався i в його мшеральному спектрi був визначений карбонат кальщю. При цьому у газовш фазi вiдбувалось зниження вмкту вуглекислого газу на 17-25 % залежно вщ контактного часу. Тому у подальших дослiдженнях розробленого нами iммобiлiзацiйного матерiалу буде також розглядатися юннообмшш та сорбцiйнi власти-востi дигiдратного фосфогiпсу та гранул на !х основi, що дасть можливють комплексно використовувати його для б^ьш повного очищення бiогазу до бюметану.
7. Висновки
Обгрунтовано можливкть використання фосфогь псових вiдходiв як вторинно! мiнеральноi ресурсу для бютехнолопчних систем очищення газiв вiд «рковод-ню з вiдновленням його до елементарно! сiрки. Специ-фiка такого використання полягае в можливосп iммо-бiлiзацii бiологiчного агента (в даному випадку роду тюбацилл) на твердш завантаженнi-пiдживленнi, яке е джерелом потрiбних для мiкроорганiзмiв макро- i мжроелеменпв, вiдповiдно не потрiбно вводити додат-ковi поживнi речовини як в шших системах бюдесуль-фiризацii. Крiм того, елементарна сiрка як вторинний продукт очищення бюгазу може використовуватися в еколопчних технологiях очищення рiзних видiв вщхо-дiв: при очищенш природних i коксових газiв, а також газiв, що вiдходять при нафтопереробщ; в технологiях доочищення спчних вод та утилiзацii осадiв мулiв очисних споруд i природних водойм; для сорбцп на-фтопродуктiв при аваршних розливах нафти iз засто-суванням газово! сiрки.
Лiтеpaтуpa
1. Гелетуха, Г. Г. Перспективы производства и использования биометана в Украине [Текст] / Г. Г. Гелетуха, П. П. Кучерук, Ю. Б. Матвеев // Аналитическая записка БАУ. - 2014. - № 11. - С. 44.
2. Пятниченко, А. И. Оптимизация состава вода-амины как абсорбентов установки извлечения биометана из биогаза [Текст] / А. И. Пятничко, Ю. В. Иванов, Т. К. Крушневич // Технические газы. - 2010. - № 3. - С. 26-29.
3. Идигенов, А. Б. Установка комбинированной очистки биогаза [Текст] / А. Б. Идигенов, М. И. Филатов // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2013. - Т. 2, № 2 (71). - С. 94-101.
4. Ramirez, M. Removal of hydrogen sulphide by immobilized Thiobacillus thioparus in a biofilter packed with polyurethane foam [Text] / M. Ramirez, J. M Gomez, D. Cantero // Bioresource Technology. - 2009. - Vol. 100, Issue 21. - P. 4989-4995. doi: 10.1016/j.biortech.2009.05.022
5. Janssen, A. J. Performance of a sulfide oxidizing expanded bed reactor supplied with dissolved oxygen [Text] / A. J. Janssen, S. C. Ma, P. Lens, G. Lettinga // Biotechnology and Bioengineering. -1997. - Vol. 53, Issue 1. - P. 32-40. doi: 10.1002/ (sici)1097-0290(19970105)53:1<32::aid-bit6>3.0.co;2-#
................................................................................................................................................................................................................................иГ
6. Ravichandra, P. Isolation of Thiobacillus sp from aerobic sludge of distillery and dairy effluent treatment plants and its sulfide oxidation activity at different concentrations [Text] / P. Ravichandra, G. Mugeraya, A. Gangagni Rao, M. Ramakrishna et. al. // Journal of Environmental Biology. - 2007. - Vol. 28, Issue 4. - P. 819-823.
7. Park Byoung-Gi, C. Simultaneous Biofiltration of H2S, NH3 and Toluene using an Inorganic/Polymeric Composite [Text] / C. Byoung-Gi Park, Won S. Shin, J. S. Chung // Environmental Engineering Research. - 2008. - Vol. 13, Issue 1. - P. 19-27. doi: 10.4491/eer.2008.13.1.019
8. Технология десульфуризации THIOPAQ O&G [Электронный ресурс] / Информация из сайта предприятия «Paqell». -Режим доступа: http://www.paqell.com/ru/thiopaq/about-thiopaq-o-and-g/
9. Бахарева, Г. Ю. Небезпечна концентращя метану в газоподiбних викидах та методи !! зниження [Текст] / Г. Ю. Бахарева, В. О. Юрченко // Схщно-бвропейський журнал передових технологш. - 2013. - Т. 3, № 11 (63). - С. 8-11. - Режим доступу: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/14587/12361
10. Вщходи виробництва i споживання та !х вплив на Грунти i природш води [Текст] / за ред. В. К. Хшьчевського. - К.: Видавничо-полiграфiчний центр "Кшвський ушверситет", 2007. - 152 с.
11. Абдракипов, А. Р. Использование фосфогипса при биоочистке нефтепомысловых сточных вод [Текст]: сб. науч. тр. V межд. науч.-прак. конф. / А. Р. Абдракипов, В. Б. Барахинов, Г. Г. Ягафарова // Актуальные экологические проблемы. - Уфа: Издательство БашГАУ, 2010. - С. 4-6.
12. Каниськин, М. А. Влияние фосфогипса на микроорганизмы почвогрунта [Текст] / М. А. Каниськин, В. А. Терехова, Т. А. Семенова, Л. В. Лысак // Доклады по экологическому почвоведению. - 2009 - Том 1, № 11. - С. 62-78.
13. Каниськин, М. А. Контроль гуматной детоксикации отходов фосфогипса методами биотестирования [Текст] / М. А. Каниськин, В. А. Терехова, А. С. Яковлев // Экология и промышленность. - 2007. - № 8 - С. 48-51.
14. Белюченко, И. С. Сложные компосты и детоксикация агроландшафтных экосистем [Текст] / И. С. Белюченко // Научный журнал КубГАУ. - 2014. - № 97 (03). - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2014/03/pdf/59.pdf
-□ □-
Робота присвячена теоретичному вив-ченню та моделюванню процесу адсорбци СО2 на клiноптилолiтi (Скоринське родови-ще, Закарпатська область, Украгна) та процесу адсорбци SO2, N0, i С02 на К2С0%-мо-дифшованому - у-оксид алюмтю. Матема-тична модель динамти сум^ног газовог адсорбци побудована на основi матерiального балансу в газовш та твердш фазi з урахуван-ням активтсть адсорбенту по видношенню до газу по змтними коефщентами
Ключовi слова: адсорбция, природний
цеолт, модифтований цеолт, моделювання □-□
Работа посвящена теоретическому изучению и моделированию процесса адсорбции СО2 на клиноптилолите (Скоринское месторождение, Закарпатская область, Украина) и процесса адсорбции S02, N0, и С02 на К2С0з-модифицированном - у-оксид алюминия. Математическая модель динамики совместной газовой адсорбции построена на основе материального баланса в газовой и твердой фазе с учетом активность адсорбента по отношению к газу по переменными коэффициентами
Ключевые слова: адсорбция, природный цеолит, модифицированный цеолит, моделирование
-□ □-
УДК 519.7:544
|DOI: 10.15587/1729-4061.2015.39786|
SIMULATION THE GAS SIMULTANEOUS ADSORPTION OVER NATURAL AND MODIFIED ZEOLITE
S. Prymyska
PhD, Senior Lecturer* E-mail: [email protected] Yu. Beznosyk PhD, Associate Professor* E-mail: [email protected] W. Reshetilowski Doctor of Chemical Sciences, Professor Institute Technical Chemistry Technical Dresden University D-01062 Dresden
E-mail: [email protected] *Department of Cybernetics CTP National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute" Peremohy av., 37, Kyiv, Ukraine, 03056
1. Introduction
Adsorption is of great importance. The unique advantage of adsorption over other separation methods is the higher
selectivity that can be achieved by adsorbents. In addition, adsorption phenomena play a vital role in many solid state reactions and biological mechanisms. There are different adsorbents being used in industry such as Active Carbon,
g
