Влияние коррозийных процессов на очистку сточных вод от биогенных элементов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 628.35

ВЛИЯНИЕ КОРРОЗИЙНЫХ ПРОЦЕССОВ НА ОЧИСТКУ СТОЧНЫХ ВОД ОТ БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

© О.А. Ружицкая1

Московский государственный строительный университет, 129337, Россия, г. Москва, Ярославское шоссе, 26.

Приведена актуальная информация по очистке сточных вод от фосфатов. Представлены результаты исследований по изучению глубокого удаления фосфатов из хозяйственно-бытовых сточных вод. Предложен способ глубокой очистки сточных вод с использованием железосодержащего загрузочного материала. Рассмотрены вопросы коррозии металла в железосодержащем загрузочном материале при различных условиях эксплуатации. Ил. 1. Библиогр. 4 назв.

Ключевые слова: сточные воды; биологическая очистка; фосфаты; биогенные элементы; железосодержащий загрузочный материал; активный ил; биопленка.

CORROSION PROCESS EFFECT ON WASTEWATER PURIFICATION FROM BIOGENIC ELEMENTS O.A. Ruzhitskaya

Moscow State University of Civil Engineering, 26 Yaroslavskoe Shosse, Moscow, 129337, Russia.

The article deals with the current information on wastewater purification from phosphates. Having obtained the results of studying deep phosphate removal from household wastewaters, a method for deep wastewater treatment with the use of iron-containing loading material is proposed. The issues of metal corrosion in iron-containing loading materials are considered under different operating conditions. 1 figure. 4 sources.

Key words: wastewater; biological treatment; phosphates; biogenic elements (nutrients); iron-containing loading material; activated sludge; biofilm.

Еще в 70-х годах прошлого века японские ученые обнаружили влияние ионов железа на жизнедеятельность активного ила. Они установили, что ион железа ^3+) сильно активизирует размножение бактерий активного ила, при этом влияние Fe3+ остается постоянным, независимо от изменения его концентраций.

Первым отметил возможность удаления фосфора из сточных вод с помощью железосодержащего материала японский ученый Т. Нисигути. В своих работах он показал возможность эффективного удаления фосфатов с помощью металлических вращающихся дисков, разработал способ совместного удаления фосфора и азота с периодической аэрацией при применении железного наполнителя. По его мнению, удаление фосфатов достигалось за счет «вымывания из железного материала ионов железа». Характерные особенности этого способа описываются следующим образом:

- не используется реагент;

- сочетается со способом удаления азота;

- незначительное выделение фосфора из избыточного ила;

- значительное увеличение скорости осаждения активного ила.

Вышеприведенные разработки японских ученых заинтересовали нас и побудили к дальнейшим исследованиям в данной области, поскольку проблема

очистки сточных вод от фосфатов до требуемых ПДК для рыбохозяйственных водоемов является весьма актуальной, а достичь такого эффекта очистки путем применения только биологических методов в большинстве случаев не удается. Поэтому безреагентное удаление фосфатов или же опосредованное введение реагента - перспективный путь решения данной задачи.

Влияние железосодержащего материала на процесс очистки сточных вод от фосфатов

Первоначально железосодержащий материал был помещен в модель обычного аэротенка с возвратом активного ила, его объем составлял 15% от объема аэротенка. Загрузочный материал представлял собой пористо-волокнистый материал «ПОЛИВОМ», предназначенный для иммобилизации микроорганизмов, и имел следующие технические характеристики:

- исходное сырье - ПВД 158 (ГОСТ 16337-77);

- толщина листа - 4 мм;

- объемная масса - 25 кг/м3;

2 3

- удельная поверхность - 190 м /м .

Для армирования применялась проволока из низкоуглеродистой стали марки Ст3. Исследования, проводимые в течение 6 месяцев, показали, что эффективность очистки по фосфатам составляет около 6070% при концентрации поступающей сточной воды =8-14 мг/л. Однако этого недостаточно для удовле-

1Ружицкая Ольга Андреевна, кандидат технических наук, доцент кафедры водоотведения и водной экологии, тел.:

89168457863, e-mail: [email protected]

Ruzhitskaya Olga, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Water Disposal and Water Ecology, tel.: 89168457863, e-mail: [email protected]

творения норм по сбросу в водоемы рыбохозяйствен-ного значения. При этом было отмечено значительное увеличение интенсивности очистки по органическим загрязнениям [1].

Дальнейшие исследования показали, что если полностью убрать возвратный активный ил при условии достаточного количества прикрепленной биомассы, необходимый эффект очистки сточных вод по фосфатам достигается и требуемые нормативы обеспечиваются. Наиболее оптимальные результаты получены при времени обработки сточной воды от 4 до 6 часов при концентрации органических загрязнений в поступающей сточной воде от 150 до 300 мгБПК/л [2]. Исследования показали, чем больше концентрация фосфатов в поступающей сточной воде, тем больше стальной проволоки должно быть в железосодержащем материале. И чем больше БПК поступающей сточной воды, тем количество стальной проволоки может быть меньше [3; 4].

При проведении исследований железосодержащего материала на стадии доочистки (при низких концентрациях органических веществ) эффект очистки по фосфатам снижался по мере зарастания биопленкой загрузки. Отмечалось, чем больше прикрепленной микрофлоры на загрузке, тем меньше растворенного железа общего обнаруживалось в биореакторе и тем меньше наблюдался эффект очистки по фосфатам. После промывки загрузки и освобождении ее от биопленки эффект удаления фосфатов возрастал до прежнего уровня, но при этом концентрация растворенного железа увеличивалась. Из этого можно сделать вывод, что очистка при таких условиях происходит в основном за счет физико-химических процессов коагуляции фосфатов ионами железа, источником которых служит металл, находящийся в загрузочном материале, подвергающийся процессам коррозии, соответственно при зарастании загрузки биопленкой контакт площади поверхности металла с водой сокращался и эффект очистки снижался.

Исследование процесса коррозии металла, содержащегося в загрузочном материале

Нами были проведены исследования, направленные на изучение зависимости процесса удаления фосфатов от коррозийной активности металла в загрузочном материале и процессов, протекающих в толще биопленки и во взвешенном иле аэротенка.

Коррозия - это процесс окисления металла, связанный с отнятием от него электронов. Различают два основных типа коррозии: химическая, когда происходит непосредственное взаимодействие между металлом и агрессивным фактором внешней среды, например, кислотами; и электрохимическая коррозия, когда имеет место передвижение электронов от одного участка металла к другому, то есть когда возникает электрический ток.

Электрический ток возникает, когда на металле существуют участки с различным электрическим потенциалом. Участки с более низким значением потенциала отдают в раствор ионы металла и являются анодами, а участки, на поверхности которых происхо-

дит превращение положительно заряженных ионов раствора в атомы, служат катодами. Таким образом на поверхности металла образуется целый ряд микрогальванических или локальных элементов. В каждом таком элементе протекает по замкнутой цепи ток, а действие этих токов приводит к коррозии металла.

По данным литературы образование локальных элементов на металле армированного загрузочного материала может быть обусловлено различными причинами. Так, атомы в твердых металлах располагаются в определенном порядке, образуя кристаллическую решетку. Металлы обычно состоят из огромного количества микроскопических кристалликов, называемых кристаллитами или «зернами», последние могут иметь различный электрический потенциал. Между отдельными «зернами» обычно образуются наиболее мелкие локальные элементы. Более крупные локальные элементы возникают вследствие неоднородной обработки поверхности металла. К деформации отдельных участков кристаллической решетки металла также приводит наличие в нем примесей. При механическом воздействии происходит деформация поверхности металла, в результате чего различные участки поверхности проявляют различную адсорбционную способность, различную каталитическую активность и имеют различный электрический потенциал. Крупные локальные элементы возникают при наличии в металле внутреннего напряжения, например, при изгибе.

Так как в аэротенке с железосодержащим загрузочным материалом процесс очистки осуществляется в присутствии воздуха аэрации, то при различной интенсивности аэрации на отдельных участках поверхности металла возникает разность потенциала. При этом более аэрируемые участки служат катодом, а менее аэрируемые - анодом. Локальные или микрогальванические элементы на металле в загрузочном материале получаются и между участком металла, подвергнутым коррозии, и соседним участком, на котором коррозия еще не началась. Поэтому продукты коррозии способствует дальнейшему коррозийному процессу.

На загрузочном материале протекают биологические процессы с образованием прикрепленной микрофлоры (биопленки) не только на самом загрузочном материале, но и на стальной проволоке. Следовательно, процессы биологической коррозии (представляющие собой вторичную форму коррозии) играют не менее важную роль в коррозии металла в загрузочном материале.

Интенсивность коррозийного процесса была значительно выше в биореакторе доочистки (рисунок). Это объясняется преобладанием электрохимических процессов коррозии, с последующим связыванием ионами железа ионов фосфора, что подтверждается полученными в течение эксперимента санитарно-химическими анализами. Отмечено, чем больше образуется прикрепленной микрофлоры на загрузочном материале, тем меньше растворенного железа обнаружено в биореакторе доочистки и тем меньше становится эффект очистки по фосфатам, что свидетель-

s «

о H о m о а

К

«

о к л H ce H о

о m н о

о «

s s

к «

В

о к

H

о о

о к

H

к «

»

о Л

к

m

«

о к

к «

й се Л

120

100

80 -

60 -

40 -

20 -

y = -0,2738x + 100

R2 = 0,9872

y = -0,406x + 100 *

R2 = 0,9943

20 40 60 80 100 120 140

Продолжительность эксперимента, сут

160

0

0

♦ Биореактор доочистки Биореактор полной очистки

Снижение количества стальной проволоки, %, в загрузочном материале биореактора доочистки и биореактора полной очистки

ствует о физико-химической природе удаления фосфатов. Чем больше ионов железа выделяется в раствор, тем, соответственно, выше эффект очистки. Поэтому для интенсификации коррозии приходилось регенерировать загрузочный материал посредством его промывки.

Следует отметить, что процессы коррозии напрямую зависят от рН среды. В толще биопленки за счет

жизнедеятельности микроорганизмов рН среды кислая (рН предположительно равно 4-5), что создает благоприятные условия для коррозии. Выделяющиеся при этом ионы железа способствуют активному росту численности бактерий и формируют специфический биоценоз, играющий существенную роль в процессе удаления фосфатов.

Статья поступила 28.07.2014 г.

Библиографический список

1. Ружицкая О.А., Саломеев В.П., Гогина Е.С. Использование армированного загрузочного материала для интенсификации процессов очистки сточных вод от фосфатов и органических загрязнений // Водоснабжение и санитарная техника. 2013. № 6.

2. Патент № 2197436 РФ. Способ биологической очистки сточных вод от фосфатов / В.П. Саломеев, И.С. Круглова, Ю.Ф. Эль, Ю.П. Побегайло. О.А. Ружицкая. Дата публикации 27.01.2003.

3. Ruzhitskaya O.A., Gogina E.S. Removal of phosphates from wastewater and intensify the biological wastewater treatment process from organic pollution // Advanced Materials Research. 2014. V. 919-921. P. 2153-2156.

4. Ruzhitskaya O.A., Gogina E.S. Intensifying the Processes of Wastewater Purification from Phosphates and Organic Impurities // Advanced Materials Research. 2014. V. 919-921. P. 21412144.

УДК 624.075.23

К УЧЕТУ КОЭФФИЦИЕНТА ДИНАМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ ПРИ РАСЧЕТЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОЛОНН В УСЛОВИЯХ ОГНЕВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

1 9

© А.Г. Тамразян1, Л.А. Аветисян2

Московский государственный строительный университет, 129337, Россия, г. Москва, Ярославское шоссе, 26.

Приводится сопоставление результатов экспериментальных и аналитических расчетов прочности центрально и внецентренно сжатых железобетонных элементов, работающих в условиях динамических нагрузок при огневых

Чамразян Ашот Георгиевич, доктор технических наук, профессор кафедры железобетонных и каменных конструкций, тел. 89037305843, e-mail: [email protected]

Tamrazyan Ashot, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Reinforced Concrete and Stone Structures, tel.: 89037305843, e-mail: [email protected]

2Аветисян Левон Аветисович, аспирант, тел.: 89160244369, e-mail: [email protected] Avetisyan Levon, Postgraduate, tel.: 89160244369, e-mail: [email protected]