CC BY
40
УДК 628.3
Н. В. Волкова, Т. П. Павлова, М. В. Шулаев, С. В. Фридланд
СРАВНЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ]],]Ч-ДИФЕНИЛГУАНИДИНИЕВОЙ СОЛИ БИС (ГИДРОКСИМЕТИЛ) ФОСФИНОВОЙ КИСЛОТЫ НА ПРОЦЕСС БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
В АЭРОБНЫХ И АНАЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ
Ключевые слова: биологическая очистка, сточные воды, активный ил, биологически активные вещества.
Исследована возможность применения NN-дифенилгуанидиниевой соли бис(гидроксиметил)фосфиновой кислотыв качестве интенсификатора биологической очистки сточных вод в анаэробных условиях. Представлены сравнительные характеристики процессов очистки сточных вод в аэробных и анаэробных условиях под влиянием препарата.
Keywords: biological treatment, sewage, activated sludge, biological active substances.
Experimentally investigated the possibility of using N, N- difenilguanidin salt bis (hydroxymethyl) phosphinic acid for intensification of biological wastewater treatment in anaerobic conditions. Description of studies issued in the form of the comparison of the drug under aerobic and anaerobic conditions.
Введение
Одним из важнейших вопросов защиты окружающей среды является охрана водного бассейна от загрязнения, поскольку вода - это ценнейший природный ресурс. Она играет исключительно важную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни человека [1].
Основой биологической очистки воды является способность биоценоза активного ила разрушать, окислять и утилизировать органические вещества промышленных сточных вод.
Однако, традиционные биологические очистные сооружения работают с перегрузкой и часто не выдерживают современных требований к качеству очищенной воды, а также к стабильности и устойчивости работы. Одним из вариантов интенсификации процессов биологической очистки, является стимулирование микроорганизмов -деструкторов загрязняющих веществ с использованием химических веществ, обладающих биологической активностью [1].
В настоящее время анаэробная очистка концентрированных сточных вод является обязательным элементом для современных промышленных предприятий (в частности, для промышленности с сезонным характером работы -сахарной, винной и т.д.) [2].
Процесс анаэробной очистки характеризуется низкой потребностью в электроэнергии, невысокими земельными требованиями и капитальными затратами, низкими
эксплуатационными расходами и более высокой производительностью по сравнению с аэробными технологиями очистки [2].
Целью работы является изучение влияния М,М-дифенилгуанидиниевой соли бис
(гидроксиметил)фосфиновой кислоты на биологическую очистку сточных вод в анаэробных условиях в сравнении с исследованиями [3], проведенными ранее в аэробных условиях.
Вышеуказанная соль является стимулятором окислительной способности микроорганизмов активного ила.
Учитывая высокую биологическую активность синтезированного ряда солей бис (гидроксиметил) фосфиновой кислоты в аэробных условиях, представляло интерес изучить возможность интенсификации процессов, протекающих в анаэробных условиях.
Экспериментальная часть
Препарат гуанибифосф -дифенилгуанидиниевая соль бис (гидроксиметил) фосфиновой кислоты [6], представляет собой кристаллическое вещество белого цвета. Для приготовления препарата в опытах по очистке использовалась дистиллированная вода, рабочие концентрации составляли 10-3^10-6 и 10-8 г/дм3.
Сточная вода для эксперимента, отобранная из лотка перед подачей в аэротенк городских очистных сооружений Казани, на вид представляла мутную жидкость серого цвета с неприятным запахом.
Активный ил для исследования влияния препарата отбирался из аэротенка с очистных сооружений г. Казани со стадии регенерации. Подготовка биомассы для ее использования в анаэробных условиях заключалась в сбраживании ила при температуре 25- 27оС в течение трех недель. В процессе сбраживания отмечено выделение биогаза. Биомасса вместо светло-коричневого цвета приобрела черную окраску.
Для проведения биологической очистки в лабораторных условиях без доступа кислорода использовались 4 конические колбы объемом 250 см с препаратом с различной степенью разбавления.
В колбы до начала эксперимента дозировалось по 50 см3 сточной воды, 50 см3 активного ила, что соответствует реальному соотношению,
используемому на очистных сооружениях. В контрольные пробы препарат не добавлялся. По завершении дозировки содержимое продувалось
СО2, колбы плотно закрывались резиновыми пробками и помещались на вибростенд. Анализ проводился через определенные промежутки времени (1 час).
Для анализа объектов исследования был выбран ускоренный метод определения химического потребления кислорода (ХПК) [7]. Результаты опыта представлены в виде графика зависимости показателя ХПК от времени.
Исследование очистки в анаэробных условиях проводилось по описанной выше методике. Отбирались пробы очищенной воды в смеси с иловой суспензией, затем ил отделялся фильтрованием, и анализировалось значение ХПК очищенной воды.
В ходе исследования сравнивались результаты процесса очистки стоков в присутствии препарата в концентрации 10-3г/дм3 и без него. Результаты представлены на рисунке 1.
Время, ч
Рис. 1 - Изменение значений ХПК в эксперименте с концентрацией гуанибифосфа 10-3 г/дм3
Из экспериментальных данных видно, что конечное значение ХПК контрольной пробы ниже опытного образца и, следовательно, степень очистки сточных вод при внесении препарата в концентрации 10-3 г/дм3 после трех часов от начала эксперимента значительно ниже (на 46,67 %), чем степень очистки без применения препарата.
В следующем эксперименте рассматривались пробы с препаратом в концентрации 10-4 г/ дм3. Полученные результаты представлены на рисунке 2.
Можно заключить, что препарат не оказал положительного влияния на процесс очистки. Через три часа после начала эксперимента показатель степени очистки опытной пробы на 46 % ниже контрольной пробы.
Представленные результаты с введением препарата в концентрациях 10-5 г/ дм3 (рис. 3), 10-6 и 10-8 г/ дм3 (рис. 4) также не стимулировали процесс очистки.
Из экспериментальных данных видно, что конечное значение ХПК опытных проб выше контрольной пробы и, соответственно, степень очистки сточных вод при внесении препарата в рассматриваемых концентрациях значительно ниже, чем степень очистки без применения препарата.
Время, ч
Рис. 2 - Изменение значений ХПК в эксперименте с концентрацией гуанибифосфа 10-4 г/дм3
Время, ч
Рис. 3 - Изменение значений ХПК в эксперименте с концентрацией гуанибифосфа 10-5 г/дм3
Время, ч
Рис. 4 - Изменение значений ХПК в эксперименте, проводимом в анаэробных условиях с концентрациями гуанибифосфа 10-6 и
10-8г/дм3
Можно заключить, что препарат в анаэробных условиях не оказывает ожидаемого влияния на процесс очистки. Через 4 часа после начала эксперимента показатель степени очистки опытных проб в среднем на 50 % ниже контрольной пробы.
Исследования процесса очистки с целью его интенсификации, проводимые в аэробных условиях при концентрации от 10-1 г/ дм3 до 10-20 г/ дм3 в присутствии М,М-дифенилгуанидиниевой соли бис (гидроксиметил) фосфиновой кислоты на реальной сточной воде производства ПАО
«Казаньоргсинтез», свидетельствовали о
положительном влиянии препарата при разбавлении, соответствующему 10-6 и 10-8 г/л на качество очистки сточной воды. Препарат интенсифицировал работу биоценоза активного ила в аэробных условиях, благодаря чему необходимая степень очистки сточных вод ПАО «КазаньОргсинтез» достигалась за 4 часа, в то время как в её отсутствии - за 8 часов [4].
Ранее проведенными экспериментами выявлено отсутствие токсичности исследуемых растворов М,М-дифенилгуанидиниевой соли бис
(гидроксиметил) фосфиновой кислоты, а также то, что она не оказывает влияния на токсичность сточных вод, что могло бы привести к гибели составных частей биоценоза и, как следствие, увеличить значение ХПК [5].
Выводы
Исходя из показателей ХПК и степени очистки, можно сделать вывод, что М,М-дифенилгуанидиниевая соль бис (гидроксиметил) фосфиновой кислоты в анаэробных условиях в
рассмотренных концентрациях не оказывает положительного влияния на степень очистки сточных вод, в сравнении с его работой в аэробных условиях.
Литература
1. А. С. Тимонин, Инженерно - экологический справочник: в 3 т., Т.2, изд. Бочкаревой Н., Калуга, 2003. 881 с.
2. А. С. Повеквечнов, Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук, 6, 52 - 53 (2010).
3. М. Е. Пантюкова, Т. П. Павлова, С. В. Фридланд, Журнал прикладной химии, 83, 12, 2070-2071 (2010).
4. М. Е. Пантюкова, С.В. Мазлова., Т. П. Павлова, М. В. Шулаев, С. В. Фридланд, Безопасность жизнедеятельности, 3, 31-34 (2011).
5. Т. П. Павлова, А. С. Сироткин, И. А. Трахунова, С. В. Фридланд, Экология и промышленность России, 12, 2426 (2010).
6. Пат. РФ 2404964 (2010).
7. Ю. Ю. Лурье, Аналитическая химия промышленных сточных вод. Химия, Москва, 1984. 453 с.
© Н. В. Волкова - аспирант кафедры Инженерной экологии КНИТУ, 41em1@mail.ru; Т. П. Павлова - к.т.н., доцент кафедры Инженерной экологии того же вуза; М. В. Шулаев - д.т.н., профессор кафедры Химической кибернетики того же вуза; С. В. Фридланд - д.х.н., профессор кафедры Инженерной экологии того же вуза.
© N. V. Volkova - graduate student of department of Environmental Engineering, Kazan National Research Technology University, E-mail: 41em1@mail.ru; T. P. Pavlova - Ph.D., Associate Professor of Environmental Engineering of the same university; M. V. Shulaev - Professor of Chemical Cybernetics of the same university; S. V. Fridland - Prof. Department of Environmental Engineering of the same university.
