CC BY
12тивная работа. Как правило, темы рефератов, предлагаемые студентам, относятся к разделам экологии, общей химии, аналитической химии, которые из-за малого количества лекционных часов недостаточно освещаются либо вообще не читаются. Такой подход способствует гармоничной подготовке будущих специалистов, позволяет перейти от академического изложения методов мониторинга к их практическому приложению при контроле и в вопросах охраны окружающей среды. Необходимо сделать упор на качественную подготовку специалистов, а именно, на приобретение ими необходимых практических знаний и умений на базе фундаментальных дисциплин, сориентированных в том числе на охрану окружающей
среды, разработку энерго- и ресурсосберегающих технологических процессов и т.д.
На вопрос о перспективах российского высшего технического образования, видимо, следует ответить, что эти перспективы определяются востребованностью реального сектора российской экономики. Уровень и традиции инженерного образования позволяют утверждать, что технические университеты России готовы выполнить практически любой кадровый заказ науки и промышленности страны.
При этом хотелось бы отметить, что количество выделенных часов на общенаучные дисциплины является совершенно недостаточным для приобретения студентами как теоретических знаний, так и прак-
Экология
тических навыков. Сокращение объема часов по естественнонаучному блоку дисциплин не может не сказаться на базовой общенаучной подготовке будущих руководителей производств и не отразиться на их способности решать прикладные задачи.
В настоящее время, когда неизбежен подъем отечественной промышленности, когда в стране начинает формироваться индустрия нанотехнологий, необходимость глубокой фундаментальной подготовки инженеров становится еще более очевидной. Современный руководитель производства в своей профессиональной деятельности не может не учитывать принципов рационального и ресурсосберегающего природопользования.
УДК 504.06.,54.01
А.М. Халемский, С.В. Смирнов, Э.М. Швец, Г.В. Киселева (A.M. Khalemskyi, S. V. Smirnov, E.M. Shvets, G. V. Kiseleva) Уральский государственный лесотехнический университет,
Екатеринбург;
ООО Урал Процесс инжиниринг компания (УПЕК),
Екатеринбург
УТИЛИЗАЦИЯ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ В ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА DISPOSAL OF CARBON-CONTAINING WASTE IN THE TECHNOLOGY OF SEWAGE PURIFICATION FROM NITROGEN COMPOUNDS
Проведен сравнительный анализ углеродсодержащих производственных отходов, предназначенных для обеспечения циклического баланса развития биоценоза в ANAMMOX технологии очистки сточных вод от соединений азота.
A comparative analysis of carbon-containing industrial wastes intended to ensure the cyclical balance bio-cenosis ANAMMOX technology of sewage purification from nitrogen compounds
Органические и минеральные соединения азота (белки, аминокислоты, амины, пурины, пирими-дины, мочевина, аммиак, нитриты, нитраты и др.) присутствуют в сточных водах многих отраслей промышленности: химической,
нефтехимической, медицинской, микробиологической, металлургической, коксохимической, пищевой, агрохимической, а также в подземных и хозяйственно-бытовых водах. Присутствие соединений азота в сточных водах вызы-
вает в водоемах массовое развитие планктона, водорослей, появление привкусов и запахов воды, нарушение кислородного режима и нормальной жизнедеятельности гидробионтов. Растворенный в воде аммиак оказывает токсич-
№ 2 (49), 2014 г.
Леса России и хозяйство в них
65
ное воздействие на рыб, наличие нитритов в питьевой воде вызывает онкологические заболевания, а нитратов - метгемоглобинемию. Повышенное содержание соединений азота в оборотной воде приводит к биологическому обрастанию трубопроводов и технологического оборудования.
Наиболее эффективными являются технологии очистки сточных вод, приближающиеся к естественным природным циклам, протекающим в экологических системах. Общепринятым способом биологической очистки сточных вод от азота является последовательное проведение процессов нитрификации и денитрификации. Нитрификация сопровождается окислением катионов аммония до нитритов и нитратов в аэробных условиях нитрифицирующими бактериями - автотрофами, которым необходимы соединения углерода в усвояемой форме. Процесс денитрификации связан с восстановлением нитрат-ионов до свободного азота специфической группой бактерий - дени-трификаторов, являющихся гете-ротрофами: в аэробных условиях они потребляют органическое вещество, окисляя его кислородом воздуха, а в анаэробных - окисляя азотом нитратов и нитритов. В конце прошлого века была показана возможность осуществления ав-тотрофного процесса микробного анаэробного окисления аммония путем использования нитритов в качестве акцептора электронов, получившего название ANAMMOX процесс (сокращение от ANaeroЪic АММотит OXidation) [1]. Отличие ANAMMOX технологии от традиционных нитриденитрифи-цирующих способов удаления соединений азота заключается в отсутствии необходимости под-
держания постоянной концентрации кислорода и введения дополнительных доноров электронов, а также в резком сокращении избыточного активного ила.
Окисление аммонийного азота начинается после того, как органические вещества практически использованы, деятельность гетеротрофной микрофлоры вышла на стационарный режим и в аэрируемой смеси имеется растворенный кислород. Однако в результате изменений соотношения нитрифи-каторов и гетеротрофных микроорганизмов в активном иле, наблюдающихся при уменьшении концентрации органических веществ в сточной воде, может происходить уменьшение констант скорости нитрификации и нарушение общего баланса циклических реакций в системе. На активность денитрифи-кации влияют концентрации кислорода, нитратов и органического углерода в усвояемой форме, рН, окислительно-восстановительный потенциал, температура, присутствие токсичных веществ и другие факторы.
В данной работе проводится сравнительная характеристика производственных отходов, содержащих соединения углерода,
Экология
которые могут быть использованы в технологии ANAMMOX для обеспечения циклического баланса в системе на стадии аэробной де-нитрификации. В качестве производственных отходов рассмотрены отработанные технологические растворы и твёрдые вещества [2], содержащие этиленгликоль [3], молоко [4], древесину [5, 6] и продукты их переработки [6, 7], пыль муки [8]. Большая часть этих отходов в настоящее время утилизируется частично либо вообще не подвергается вторичной переработке, а сжигается или размещается на полигонах хранения.
Сравнение углеродсодержащих производственных отходов (таблица) производилось по коэффициенту биологической активности а, который определялся как масса вещества, приводящая к изменению значения БПК на единицу. Значение коэффициента биологической активности связано с условной массой биологически потребляемого углерода, эквивалентного единице БПК.
Значения коэффициента а получены на основе анализа экспериментальных данных по кинетике окисления растворённым в воде кислородом соединений,
Сравнительная характеристика углеродсодержащих производственных отходов
Наименование, характеристика отхода а, г/кг О2 Основные угле щи компон родсодержа-енты
Наименование Массовая доля, %
Отходы охлаждающей жидкости для автотранспорта 2,10-3,85 Этиленгликоль 53-96
Декстрин 0-1
Опилки, пыль от шлифовки древесины 1,37-3,39 Целлюлоза 39-63
Лигнин 3-30
Пыль зерновая 1,88-3,09 Углеводы 49-72
Белок 1-7
Отходы растениеводства и парникового хозяйства От 1,89 Целлюлоза До 45
Углеводы До 35
относящихся к различным классам органических веществ [9]. Для расчёта потребного количества производственного отхода, содержащего соединения углерода, который необходим для обеспечения циклического баланса в технологии ANAMMOX, следует задать БПК0, оптимальное значение которого определяется для реальной сточной воды в процессе пусконаладочных работ. Масса производственного отхода находится как произведение заданного значения БПКО, объёма подлежащего очистке водного раствора и коэффициента а:
= а БПКо V,
где - масса биологически активного отхода, г;
а - значения коэффициента биологической активности из таблицы, г/г О 2;
БПКО - оптимальное значение БПК, г О2/м3;
V - объём подлежащего очистке водного раствора, м3.
Заключение
Технология ANAMMOX предназначена для очистки сточных вод от соединений азота и моделирует природные циклические процессы, которые обеспечивают малоотходные режимы работы очистных сооружений. В качестве параметров, которые позволяют регулировать материальный баланс протекающих в биоценозах химических реакций, выступают температура, концентрация растворенного кислорода и количество биоразлагаемых углерод-содержащих материалов.
При недостатке углеродсо-держащих соединений, которые расходуются на стадии денитри-
Экология
фикации, возможно нарушение балансовых соотношений со стадией нитрификации. Для восстановления баланса в используемом для очистки сточных вод биоценозе в систему можно вводить углеродсодержащие производственные отходы. Необходимая масса отходов рассчитывается по коэффициенту биологической активности а, который определялся как условная масса биологически потребляемого углерода, эквивалентного единице БПК.
Результаты тестовых испытаний показывают, что ANAMMOX технология обеспечивает требуемое качество воды, предназначенной для сброса в водоёмы рыбо-хозяйственного значения. Образующиеся в технологии отходы подлежат практически полной утилизации в рамках самой технологии.
Библиографический список
1. Анюшева М.Г., Калюжный С.В. Анаэробное окисление аммония // Микробиологические, биохимические и биотехнологические аспекты // Успехи современной биологии. 2007. Т. 127. № 1. С. 34-43.
2. http://eco-profi.info/index.php/othod/sostav.html.
3. Автомобильный справочник / Б.С. Васильев, М.С. Высоцкий, К.Л. Гаврилов [и др.]; под общ. ред.
B.М. Приходько. М.: Машиностроение, 2004. 633 с.
4. Кузьмин Р.С. Компонентный состав отходов: моногр. Казань: Дом печати, 2007. Ч. 1. 156 с.
5. Кузьмин Р.С. Компонентный состав отходов: моногр. Казань: Дом печати, 2007. Ч. 2.
6. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Лесн. пром-сть, 1986.
7. Панфилова Н.Е. Молоко и здоровье. Минск: Ураджай, 1972.
8. Карпова Г.В., Зайнутдинов Р.Р. Аспирационная пыль зерноперерабатывающих предприятий как источник легкоусваиваемых углеводов для ферментации дрожжей //Вестник ОГУ. 2002. № 3.
9. Яковлев С.В., Карюхина Т.А. Биохимические процессы в очистке сточных вод. М.: Стройиздат, 1980.
C.17-55.
