CC BY
124
Т. П. Павлова, Э. М. Масагутова, М. Е. Пантюкова,
С. В. Фридланд
ВЛИЯНИЕ 1\,1\-ДИФЕНИЛГУАНИДИНОВОЙ СОЛИ БИС(ГИДРООКСИМЕТИЛ)ФОСФИНОВОЙ
КИСЛОТЫ В НАНОКОНЦЕНТРАЦИИ НА АЭРОБНУЮ ОЧИСТКУ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД
Ключевые слова: аэробная биологическая очистка сточных вод, активный ил, биологически активные вещества, низкие и
сверхнизкие концентрации, химическое потребление кислорода.
В статье представлена интенсификация аэробной биологической очистки сточных вод. Влияние на стимуляцию активного ила дифенилгуанидиновой соли бис(гидрооксиметил)фосфиновой кислоты в наноконцентрациях. Исследования проводились на реальной сточной воде производства ОАО «Казанский завод органического синтеза». Приведены результаты стимуляции работы биоценоза активного ила.
Keywords: aerobic biological treatment of wastewater, activated sludge, biologically active substances, low and very lowconcentrations, chemical oxygen demand, biostimulants. aerobic biological treatment of wastewater, activated sludge, biologically active substances, low and very lowconcentrations, chemical oxygen demand.
The article concerns the results of research of influence of bioregulators in their low consetration on the process of biological purification of a sewage with high level ofphosphates by stimulating biocenosis of active silt.
Введение
Применяемые в настоящее время системы и принципы очистки сточных вод весьма разнообразны и среди них значительное место отведено биологическим методам [1]. Во-первых, совершенствование методов биологической очистки связано с обеспечением деструкции соединений, несвойственных природной воде. Во-вторых, весьма существенна экономичность данного метода, т. к. биологическая очистка осуществляется при относительно минимальных затратах энергии на массовую единицу удаляемых веществ.
Аэробная биологическая очистка сточных вод (СВ) представляет собой результат функционирования системы «активный ил - сточная вода», характеризуемой наличием сложной многоуровневой структуры. Биологическое окисление составляющее основу этого процесса является следствием протекания большого комплекса взаимосвязанных процессов различной сложности: от элементарных актов обмена электронов до сложных взаимодействий биоценоза с внешней средой [2].
Активный ил - сложная экосистема скоплений представителей микрофлоры и микрофауны, включающая хлопьевидные скопления бактерий (зоогелей) и простейших организмов животного и растительного происхождений [3]. Время биоочистки потока СВ в аэротенках оценивается около 8-16 часов. Сокращение времени пребывания в барботируемом объеме, естественно скажется на расходе электроэнергии, выработка которой тянет за собой выбросы в окружающую природную среду оксидов азота, серы, углерода, вызывающие кислотные дожди, парниковый эффект и способствует образованию смога.
1. Экспериментальная часть и результаты исследований
С целью интенсификации процессов очистки СВ в настоящей работе был выбран путь стимулирования функционирующего биоценоза активного ила [4]. Предпосылкой к работе были известные факты о
положительном действии на биообъекты таких химических соединений как салициловая, янтарная, парааминосалициловая кислоты и некоторые другие соединения [5].
Из литературных источников известно, что многие природные и синтетические биологически активные вещества проявляют биоэффекты в области низких (1-10-10 - 1-10"4 моль/л) и сверхнизких (1-10-20 - 1-10"11 моль/л) концентраций [6, 7]. В этой связи вызывало интерес исследования влияния некоторых соединений на аэробную очистку СВ.
В качестве объектов исследования для достижения поставленной цели выбраны СВ с повышенным значением химического потребления кислорода (ХПК).
-дифенилгуанидиновую соль
бис(гидроокси-метил)фосфиновой кислоты [8] в интервале концентраций 1-10_1-1-10"20 г/л вносили в колбу, содержащую 100 мл сточной воды и 100 мл активного ила. Контрольный опыт проводился аналогично, но без внесения в него продукта. После определения исходного показателя ХПК [9], все колбы (контрольные и с продуктом) устанавливали на качалку с целью лучшего поступления кислорода воздуха в исследуемый раствор. Показания ХПК определялись через 1 час, 2 часа, 3 часа и 4 часа, как у контрольных опытов, так и у сточной воды с продуктом. Результаты определения представлены на рис. 1.
Зависимости изменения значений ХПК от времени аэрирования с добавлением Ы,Ы-дифенилгуанидиновой соли бис(гидрооксиме-тил)фосфиновой кислоты при концентрациях ниже 1-10" г/л имеют синусоидальный вид, характеризующийся двумя минимумами значений ХПК - в присутствии соли в концентрации 1-10"20 г/л после часа аэрирования 387 мгО2/л и после 4 часов - 451 мгО2/л. В этих условиях при концентрации Ы,Ы-дифенилгуанидиновой соли
бис(гидрооксиметил)фосфиновой кислоты равной 1-10"14 мгО2/л за 1 час аэрирования значения ХПК достигло 344 мгО2/л и за 2 часа - 612 мгО2/л. Содержание органических веществ по ХПК в сточной воде при концентрации соли 1-10"12 мгО2/л имеет один минимум при аэрирование в течение 2 часов и достигает значения 107 мгО2/л.
Время, ч
Рис. 1 - Зависимости изменения значений ХПК от времени аэрации сточной воды с К,М-дифенилгуанидиновой солью бис(гидрооксиметш1)фосфиновой кислоты в интервале концентраций 1-10" -1-10- г/л
Как видно из рисунка 1 при внесении в иловую смесь Ы,Ы-дифенилгуанидиновой соли бис(гидрооксиметил)фосфиновой кислоты с концентрацией 1-10"8 г/л происходит эффективное снижение ХПК по сравнению с контрольным образцом во всех точках пробоотбора на протяжении 4 часов аэрации на 35-45 %. Для концентраций 1-10"14 и 1-10"20 г/л наилучшая очистка происходит в первый час аэрирования.
-12
Соль при концентрации 1-10 г/л способствует более глубокой очистке на второй час аэрирования, но затем происходит возрастание ХПК. Нелинейный характер поведения зависимостей значений ХПК от времени при некоторых концентрациях можно объяснить таким явлением как гормезис [10]. Таким образом, в дальнейшем было решено проводить исследования биологически активных препаратов при концентрации 1-10"8 г/л как наиболее стабильной и устойчивой системы, носящей линейный характер падения ХПК от времени аэрирования.
Для определения состава поллюантов был проведен хромато-масс-спектрометрический анализ загрязненной сточной воды подаваемой на биологическую очистку (рис. 2), который показал, что в сточной воде имеется наличие таких загрязняющих соединений как метанол (28 мг/л), этанол (0,9 мг/л), ацетон (18,4 мг/л), изобутанол (0,1 мг/л), этилцеллозольв (0,3 мг/л), стирол (1,3 мг/л), о-ксилол (0,3 мг/л).
Проведенный хромато-масс-
спектрометрический анализ сточной воды после заводской очистки показал наличие таких загрязняющих соединений как метанол (0,2 мг/л), этанол (0,1 мг/л), этилцеллозольв (0,3 мг/л).
Рис. 2 - Хроматограмма примесей, содержащихся в сточной воде ОАО «Казаньоргсинтез» подаваемой в аэротенк
С целью исследования изменений, происходящих в ходе очистки сточных вод, был определен состав примесей реальной сточной воды, прошедшей биологическую очистку и очищенной в лабораторных условиях сточной воды органического производства с добавлением Ы,Ы-дифенилгуанидиновой соли
бис(гидрооксиметил)фосфиновой кислоты в концентрации 1-10"8 г/л. Результаты представлены и на рисунках 3 и 4 соответственно.
сточной воде после заводской очистки
сточной воде после лабораторной очистки с добавлением К,]Ч-дифенилгуанидиновой соли
бис(гидрооксиметил)фосфиновой кислоты в концентрации 1-10"8 г/л
Результаты хромато-масс-спектрометри-
ческого анализа сточной воды после лабораторной очистки указали на наличие только этилцеллозольва (0,3 мг/л).
Таким образом, существующая заводская очистка сточной воды не обеспечивает удаления из очищаемой жидкости трех компонентов: метанола, этанола и этилцеллозольва. В случае добавления Ы,Ы-дифенилгуанидиновой соли бис(гидрооксиметил)фос-финовой кислоты в концентрации 1-10"8 г/л к составу иловой смеси при аэробной очистке присутствие в очищенной воде метанола и этанола не наблюдается, что свидетельствует о стимулировании действия биоценоза активного ила в процессе их окисления. Следует обратить внимание на тот факт, что, несмотря на стимулирующее действие на активный ил, оказываемое Ы.Ы-дифенилгуанидиновой солью
бис(гидрооксиметил)фосфиновой кислоты в составе очищенной воды по-прежнему зафиксирован этилцел-лозольв в такой же концентрации, что и в исходной сточной жидкости.
По результатам оценки токсичности растворов, содержащих используемую в данной работе соль в различных концентрациях, а также СВ после культивирования, установлено, что М,Ы-дифенилгуанидиновая соль бис(гидрооксиметил)фосфиновой кислоты нетоксична, и не оказывает влияния на токсичность СВ.
Литература
1. Инженерная защита поверхностных вод от промышленных стоков: Учеб. пособие / ДА. Кривошеий, П.П. Кукин, В.Л. Лапин и др. - М: Высшая школа, 2003.-344 с.
2. Хигинс И. Биотехнология: принципы и применение / И. Хигинс, Д. Бост, Дж. Джонс; пер. с анг. - М., 1988. -480 с. ил.
3. Лукиных Н.А. Методы доочистки сточных вод / Н.А. Лукиных, Б. Л. Липкан, В. П. Криштул. - М.: Строииз-дат, 1978.- 432 с.
4. Павлова Т. П. Интенсификация очистки сточных вод
от фосфатов в биологических очистных сооружениях / Т.П. Павлова, Л.Ф. Галанцева, С.В. Фридланд // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. Т 14, №18. -
С. 134-136.
5. Нифантьев Э. Е. Химия фосфорорганических соединений / Э.Е. Нифантьев.- М: Лениниские горы. - 1970. -260 с.
6. Бурлакова Е. Б. Фосфинатные соединения, проявляющие биологическую активность/ Е. Б. Бурлакова// Ж.. Рос. хим. общества им. Д. И. Менделеева. -1999. - Т. 43. - № 5. - С. 3 - 11.
7. Бурлакова Е. Б. Биологическая активность соединений, содержащих фосфинатные и аминные группировки/ Е. Б. Бурлакова// Ж.. Рос. хим. общества. - 2007. -Т. 51. - № 1. - С. 3 - 12.
8. Пат. 2404964 МПК С07С279/18 N,N - дифенилгуани-диновая соль бис(оксиметил)фосфиновой кислоты в качестве биостимулятора активного ила для очистки сточных вод и способ ее получения. / Фридланд С.В., Павлова Т.П., Пантюкова М.Е. - № 2009 125242/04; за-явл. 01.07.2009; опубл. 27.11.2010.
9. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных СВ / Ю.Ю. Лурье. - М.: Химия.- 1984. - С.78-80.
Рыжкина, И. С. Физико-химическое обоснование гормети-ческого отклика биосистемы очистки сточных вод на действие растворов ^^дифенилгуанидиновой соли ди-гидроксиметилфосфиновой кислоты / И. С. Рыжкина, Л.И. Муртазина, Е.Д. Шерман, М.Е. Пантюкова, Э.М. Масагутова, Т.П. Павлова, С.В. Фридланд, А.И. Коновалов // Доклады АН. - 2011. - Т. 438. - №2. - С. 207-211.
© Т. П. Павлова - доц. каф. инженерной экологии КНИТУ, ptp1@yandex.ru; Э. М. Масагутова - асп. той же кафедры, elvi-m@yandex.ru; М. Е. Пантюкова - асп. той же кафедры, pantyukova@mail.ru; С. В. Фридланд - д-р хим. наук, проф. той же кафедры, fridland@kstu.ru.
