Научная статья на тему 'Влияние поверхностно-активных веществ на систему "активный ил - сточная вода"'

Влияние поверхностно-активных веществ на систему "активный ил - сточная вода" Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

CC BY
707
94
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА / СТОЧНЫЕ ВОДЫ / ОЧИСТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ КАНАЛИЗАЦИИ / АКТИВНЫЙ ИЛ / МУТНОСТЬ / ХПК / ПЕНООБРАЗОВАНИЕ / SURFACTANTS / SEWAGE / SEWAGE TREATMENT FACILITIES / ACTIVATED SLUDGE / TURBIDITY / COD / FOAMING

Аннотация научной статьи по фундаментальной медицине, автор научной работы — Воротникова А.В., Турнаева Е.А.

ЦЕЛЬ. В данной работе представлены результаты изучения снижения технологических характеристик системы «активный ил сточная вода» под действием добавок поверхностно-активных веществ разных классов. МЕТОДЫ. В систему «активный ил сточная вода» вводили добавки поверхностно-активных веществ с итоговой концентрацией в системе активного вещества от 0 до 60 мг/дм3. Изучение показателей качества полученной водной фазы производили после перемешивания системы с последующим ее гравитационным разделением. Объем системы при аэрации воздухом изучали при интенсивности аэрации 40 м3/м2 ∙ ч. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. На мутность и химическое поглощение кислорода (ХПК) водной фазы системы «активный ил сточная вода»оказывают наиболее значительное влияние вещества катионактивного класса: при концентрации активных компонентов в исследуемой системе 60 мг/дм3 мутность водной фазы возрастает в 9 раз, ХПК в 3.1 раза. Наличие активных веществ в системе с концентрацией 60 мг/дм3 анионактивного класса увеличивает мутность водной фазы в 6.1 раза, ХПК в 2.5 раза; неионогенного класса: мутность в 2.4 раза, ХПК в 1.9 раза. Присутствие всех классов поверхностно-активных веществ при аэрации системы воздухом дает рост объема системы «активный ил сточная вода». При содержании активных веществ 5 мг/дм3 и интенсивности аэрации 40 м3/м2 ∙ ч наибольшее увеличение объема системы дают соединения неионогенного класса: 2-2.7 раза. Вещества анионактивного и катионактивного класса при аналогичной концентрации не дают или незначительно увеличивают объем системы до 25%. ВЫВОДЫ. При использовании биотехнологий с активным илом содержание в поступающих на очистку сточных водах всех видов поверхностно-активных веществ в количестве 10 мг/дм3 и более приводит к ухудшению характеристик водной фазы в процессе разделения активного ила и биологически-очищенных сточных вод (мутности и ХПК). Наличие в очищаемых сточных водах всех видов поверхностно-активных веществ вызывает пенообразование в процессе их очистки с использованием аэрации. При пенообразовании наибольшее увеличение объема при минимальных концентрациях до 5 мг/дм3 дает добавка активного вещества неионогенного класса(неонол 9-12); аналогичные добавки анионактивных и катионактивных веществ не увеличивают или дают незначительное увеличение объема (до 25%).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по фундаментальной медицине , автор научной работы — Воротникова А.В., Турнаева Е.А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

EFFECT OF SURFACE-ACTIVE SUBSTANCES ON AN ACTIVATED SLUDGE WASTEWATER SYSTEM

AIM. In this paper, results of studying the reduced technological characteristics of an activated sludge wastewater system following addition of surface-active substances (SAS) of different classes are presented. METHODS. SAS additives having a total concentration of the active substance in the system ranging from 0 to 60 mg/dm3 were introduced into an activated sludge wastewater system. A study of the quality indicators of the resulting aqueous phase was carried out after system mixing, followed by its gravitational separation. The volume of the system during aeration with air is studied at an aeration intensity of 40 m3/m2∙ h. RESULTS AND DISCUSSION. The turbidity and chemical oxygen demand (COD) of the aqueous phase of the activated sludge wastewater system are most significantly influenced by cation-active substances. When the concentration of active components in the system under study is 60 mg/m3, the turbidity of the aqueous phase increases by 9 times and the COD increases by 3.1 times. The presence of active substances in a system with anion-active class concentration of 60 mg/dm3 raises the turbidity of the aqueous phase by 6.1 times and the COD by 2.5 times. In the case of non-ionogenic classes of the same concentration, turbidity increases by 2.4 times and COD by 1.9 times. The presence of all classes of SAS during the aeration of the system with air results in a growth of the volume of the activated sludge wastewater system. When the concentration of active substances is 5 mg/dm3 and aeration intensity is 40 m3/m2h, compounds of the non-ionogenic class give the largest increase in the volume of the system: 2-2.7 times. Substances of anion-active and cation-active class at the same concentration either do not affect or slightly increase the volume of the system up to 25%. CONCLUSIONS. When using biotechnology with activated sludge, the presence of all types of surfactants in wastewater treatment in the amount of 10 mg/dm3 or more leads to a deterioration in the characteristics of the aqueous phase during the separation of activated sludge and biologically treated wastewater (turbidity and COD). The presence of surfactants of all types in the treated wastewater causes foaming during their purification using aeration. During the foaming process, the greatest increase in volume at minimum concentrations under 5 mg/dm3 is provided by the addition of the active substance of a non-ionogenic class (neonol 9-12). Analogous additives of anion-active and cation-active substances either do not increase or result in a slight increase in volume (up to 25%).

Текст научной работы на тему «Влияние поверхностно-активных веществ на систему "активный ил - сточная вода"»

Оригинальная статья / Original article УДК 628.35

DOI: http://dx.d0i.0rg/l 0.21285/2227-2917-2018-3-78-87

ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА СИСТЕМУ «АКТИВНЫЙ ИЛ - СТОЧНАЯ ВОДА»

© А.В. Воротникова9, Е.А. Турнаеваь

Тюменский индустриальный университет,

625000, Российская Федерация, г. Тюмень, ул. Володарского, 38.

РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. В данной работе представлены результаты изучения снижения технологических характеристик системы «активный ил - сточная вода» под действием добавок поверхностно-активных веществ разных классов. МЕТОДЫ. В систему «активный ил - сточная вода» вводили добавки поверхностно-активных веществ с итоговой концентрацией в системе активного вещества от 0 до 60 мг/дм3. Изучение показателей качества полученной водной фазы производили после перемешивания системы с последующим ее гравитационным разделением. Объем системы при аэрации воздухом изучали при интенсивности аэрации 40 м3/м2 • ч. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. На мутность и химическое поглощение кислорода (ХПК) водной фазы системы «активный ил - сточная вода»оказывают наиболее значительное влияние вещества катионактивного класса: при концентрации активных компонентов в исследуемой системе 60 мг/дм3 мутность водной фазы возрастает в 9 раз, ХПК - в 3.1 раза. Наличие активных веществ в системе с концентрацией 60 мг/дм3 анионактив-ного класса увеличивает мутность водной фазы в 6.1 раза, ХПК - в 2.5 раза; неионогенного класса: мутность - в 2.4 раза, ХПК - в 1.9 раза. Присутствие всех классов поверхностно-активных веществ при аэрации системы воздухом дает рост объема системы «активный ил - сточная вода». При содержании активных веществ 5 мг/дм3 и интенсивности аэрации 40 м3/м2 • ч наибольшее увеличение объема системы дают соединения неионогенного класса: 2-2.7 раза. Вещества анионактивного и катио-нактивного класса при аналогичной концентрации не дают или незначительно увеличивают объем системы до 25%. ВЫВОДЫ. При использовании биотехнологий с активным илом содержание в поступающих на очистку сточных водах всех видов поверхностно-активных веществ в количестве 10 мг/дм3 и более приводит к ухудшению характеристик водной фазы в процессе разделения активного ила и биологически-очищенных сточных вод (мутности и ХПК). Наличие в очищаемых сточных водах всех видов поверхностно-активных веществ вызывает пенообразование в процессе их очистки с использованием аэрации. При пенообразовании наибольшее увеличение объема при минимальных концентрациях до 5 мг/дм3 дает добавка активного вещества неионогенного класса(неонол 9-12); аналогичные добавки анионактивных и катионактивных веществ не увеличивают или дают незначительное увеличение объема (до 25%).

Ключевые слова: поверхностно-активные вещества, сточные воды, очистные сооружения канализации, активный ил, мутность, ХПК, пенообразование.

Информация о статье. Дата поступления 28 июня 2018 г.; дата принятия к печати 01 августа 2018 г.; дата онлайн-размещения 26 сентября 2018 г.

Формат цитирования. Воротникова А.В., Турнаева Е.А. Влияние поверхностно-активных веществ на систему «активный ил - сточная вода» // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2018. Т. 8. № 3. С. 78-87. DOI: 10.21285/2227-2917-2018-3-78-87

EFFECT OF SURFACE-ACTIVE SUBSTANCES ON AN ACTIVATED SLUDGE WASTEWATER SYSTEM

A.V. Vorotnikova, E.A. Turnaeva

Воротникова Анна Валентиновна, старший преподаватель кафедры водоснабжения и водоотведе-ния, e-mail: anna.pescheva@gmail.com

Anna V. Vorotnikova, Senior Teacher of the Department of Water Supply and Water Disposal, e-mail: anna.pescheva@gmail.com

ьТурнаева Елена Анатольевна, кандидат химических наук, доцент кафедры общей и специальной химии, e-mail: eat640@rambler.ru

Elena A. Turnaeva, Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor of the Department of General and special chemistry, e-mail: eat640@rambler.ru

Tyumen Industrial University,

38, Volodarskogo St., Tyumen, 625000, Russian Federation

ABSTRACT. AIM. In this paper, results of studying the reduced technological characteristics of an activated sludge wastewater system following addition of surface-active substances (SAS) of different classes are presented. METHODS. SAS additives having a total concentration of the active substance in the system ranging from 0 to 60 mg/dm3 were introduced into an activated sludge wastewater system. A study of the quality indicators of the resulting aqueous phase was carried out after system mixing, followed by its gravitational separation. The volume of the system during aeration with air is studied at an aeration intensity of 40 m3/m2- h. RESULTS AND DISCUSSION. The turbidity and chemical oxygen demand (COD) of the aqueous phase of the activated sludge wastewater system are most significantly influenced by cation-active substances. When the concentration of active components in the system under study is 60 mg/m3, the turbidity of the aqueous phase increases by 9 times and the COD increases by 3.1 times. The presence of active substances in a system with anion-active class concentration of 60 mg/dm3 raises the turbidity of the aqueous phase by 6.1 times and the COD by 2.5 times. In the case of non-ionogenic classes of the same concentration, turbidity increases by 2.4 times and COD by 1.9 times. The presence of all classes of SAS during the aeration of the system with air results in a growth of the volume of the activated sludge wastewater system. When the concentration of active substances is 5 mg/dm3 and aeration intensity is 40 m3/m2h, compounds of the non-ionogenic class give the largest increase in the volume of the system: 2-2.7 times. Substances of anion-active and cation-active class at the same concentration either do not affect or slightly increase the volume of the system up to 25%. CONCLUSIONS. When using biotechnology with activated sludge, the presence of all types of surfactants in wastewater treatment in the amount of 10 mg/dm3 or more leads to a deterioration in the characteristics of the aqueous phase during the separation of activated sludge and biologically treated wastewater (turbidity and COD). The presence of surfactants of all types in the treated wastewater causes foaming during their purification using aeration. During the foaming process, the greatest increase in volume at minimum concentrations under 5 mg/dm3 is provided by the addition of the active substance of a non-ionogenic class (neonol 9-12). Analogous additives of anion-active and cation-active substances either do not increase or result in a slight increase in volume (up to 25%).

Keywords: surfactants, sewage, sewage treatment facilities, activated sludge, turbidity, COD, foaming

Information about the article. Received June 28, 2018; accepted for publication August 01, 2018; available online September 26, 2018.

For citation. Vorotnikova A.V., Turnaeva E.A. Effect of surface-active substances on an activated sludge wastewater system. Izvestiya vuzov. Investicii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' = Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate. 2018, vol. 8, no. 3, pp. 78-87. (In Russian). DOI: 10.21285/22272917-2018-3-78-87

Введение

Развитие большинства отраслей промышленности, приводящее к повышению спроса на поверхностно-активные компоненты, обусловливает увеличение объема производства поверхностно-активных веществ в целом, и доли катионактивных соединений в частности [1-20]. Отработанные поверхностно-активные компоненты, попадая со сточными водами в очистные сооружения канализации населенных пунктов, осложняют их работу. Наибольшее снижение эффективности наблюдается при использовании для очистки сточных вод биотехнологий с активным илом. Активный ил, представляющий собой совокупность микроорганизмов на минеральном носителе определенного уровня диспергиро-

вания, снижает технологические характеристики под действием отдельных компонентов сточных вод, среди которых можно выделить поверхностно-активные вещества (ПАВ) (Жмур, 2004; Захватаева и др., 2013; Закиров и др., 2009; Tomczak-Wandzel et а1., 2009). В настоящее время на большинстве очистных сооружений канализации контроль входящих и очищенных сточных вод на содержание поверхностно-активных веществ проводится только на анионактивные вещества (Gheorghe et а1., 2013; Olkowska et а1., 2014). Это объясняется наибольшим содержанием этого типа поверхностно-активных веществ в сточных водах, сложностью реализации методик количественного химического анализа ПАВ (Третьяков и др., 2015; Ротмистров и др., 1978). По-

верхностно-активные вещества катио-нактивного и неионогенного классов также не ограничены национальными или международными нормами, касающимися качества сточных вод и поверхностных вод (Gheorghe et а1., 2013), но доля этих соединений на сегодня такова, что их влияние на реализацию процесса биологической очистки существенно (Gheorghe et а1., 2013; Moazzenipour et а1., 2017) и требует дополнительного изучения.

Цель исследования - изучить снижение технологических характеристик системы «активный ил - сточная вода» под действием добавок поверхностно-активных веществ разных классов.

Задачами исследования являются: определение уровня увеличения объема системы «активный ил - сточная вода» в процессе вспенивания, обусловленного наличием поверхностно-активных веществ разного класса; определение изменения показателей сточной воды (мутности и химического поглощения кислорода) и гидробиологический контроль активного ила после воздействия добавок поверхностно-активных веществ разного класса.

Методы

В качестве объекта исследований выбрана система «активный ил -сточная вода» сборного кармана аэро-тенков очистных сооружений канализации города Тюмени. Пробы отбирались на очистных сооружениях за час до начала исследований, средняя доза ила в системе «активный ил - сточная вода» составляла 3.3-3.5 г/дм3. Исследования проводились в лаборатории кафедры водоснабжения и водо-отведения ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет» при комнатной температуре по аттестованным в РФ методикам на поверенном оборудовании (анализатор жидкости «Флюо-рат 02-3М», спектрофотометр «ПЭ-5400ВИ»).

Научная новизна исследований заключается в комплексном подходе

изучения влияния поверхностно-активных веществ как химически чистых, так и промышленных образцов, представляющих смесь гомологов определенного класса, на свойства системы «активный ил - сточная вода». Изучалось влияние различных классов поверхностно-активных веществ:

- анионактивного - сульфонол паста (ТУ 2481-106-07510508-2005);

- катионактивного - ТДТМАБ (тетрадецилтриметиламмоний бромид, х.ч.); ГДПБ (гексадецилпиридиний бромид, х.ч.); смесь АТМАХ (алкил-триметиламмоний хлорида и ПГМГ-ГХ, полигексаметиленгуанидин гидрохлорида, соотношением 9/1 (ТУ 9392-00116866919-2013));

- неионогенного - неонол АФ 912 (ТУ 2483-077-05766801-98).

На первом этапе исследований в систему «активный ил - сточная вода» (100 мл) вводили добавки поверхностно-активного вещества с итоговой концентрацией в системе активного вещества от 0 до 60 мг/дм3. Далее системы с различными концентрациями поверхностно-активных веществ перемешивались в течение 30 минут на магнитной мешалке с интенсивностью 300 оборотов/минуту, с последующим их гравитационным разделением в течение 30 минут и изучением показателей качества полученной водной фазы. Для последующих исследований системы «активный ил - сточная вода» (100 мл) с различными концентрациями поверхностно-активных веществ в течение 5 мин аэрировали воздухом с интенсивностью 40 м3/м2 • ч. В ходе эксперимента производили замеры полученного объема системы.

Результаты и их обсуждение

Содержание поверхностно-активных компонентов в сточных водах, поступающих на очистные сооружения канализации, может приводить:

- к осложнению технологического режима работы станции обильным пенообразованием в турбулентном потоке сточных вод (Petkova et а1., 2013);

- к изменению процессов агломерации частиц активного ила, сопровождающейся его повышенным выносом из вторичных отстойников (Dereszewska et al., 2015 a; Malik et al., 2005; Othman et al., 2009; Dereszewska, 2015 b);

- к снижению процессов жизнедеятельности или гибели микроорганизмов, обеспечивающих биологическую очистку сточных вод (Жмур, 2004; Захватаева и др., 2013; Закиров и др., 2009; Salanitro et al., 1988; Hrenovic et al., 2007; Othman et al., 2009; Dereszewska, 2015 b; Tomczak-Wandzel et al., 2009).

Зависимость мутности С/С0 водной фазы исследуемой системы от концентрации поверхностно-активных веществ различных классов представлена на рисунке 1. Мутность водной фазы системы обеспечивается коллоидным растворением органического компонента и наличием микрогетерогенной фазы ила. Как видно из рисунка 1, с увеличением концентрации всех классов поверхностно-активных веществ наблюдается повышение мутности системы, отнесенной к показателю

мутности системы без присутствия поверхностно-активных веществ. Рост мутности можно наблюдать и визуально (рисунок 2), что можно объяснить рядом факторов: коллоидным растворением органических компонентов, вызванным их солюбилизацией в мицел-лярные образования поверхностно-активных веществ при концентрациях выше критической концентрации ми-целлообразования (ККМ) (Ланге, 2004); затруднением удаления органических примесей из-за подавления жизнедеятельности микроорганизмов, ответственных за этот процесс; нарушением процесса седиментации активного ила, дающим увеличение доли твердой микрогетерогенной фазы в водной системе из-за снижения скорости агрегирования - хлопьеобразования частиц активного ила, вызванного сорбцией молекул поверхностно-активных веществ на их поверхности. Таким образом, для поверхностно-активных веществ, отличающихся классом, длиной углеводородного радикала, гидро-фильно-липофильным балансом и значениями ККМ, вклад каждого параметра различен.

ChlCiL АДЕАХ к ]||"МГ-1"Х

Нсонол

2U 30 40

Кон центры фи И АН, мг/дм'

Рис. 1. Зависимость мутности водной фазы исследуемой системы от концентрации поверхностно-активных веществ разных классов Fig. 1. Dependence of the turbidity of the water phase of the investigated system on the concentration of surfactants of different classes

Полученные результаты исследования мутности водной фазы исследуемой системы, отнесенной к мутности водной фазы без добавки поверхностно-активных веществ, показали, что при одинаковых концентрациях наименьшее влияние оказывает неио-ногенное соединение (неонол АФ 912), для которого значение относительной мутности воды при концентрации активного вещества 60 мг/дм3 имеет значение 2.4, тогда как аналогичная добавка анионного сульфонола приводит к значению 6.1, а добавка катион-ных соединений дает значения от 4.9 до 6.9. Значительный рост мутности дает добавка катионактивных поверхностно-активных веществ, среди которых наибольшее изменение вызывает промышленный образец смеси аммонийной соли и гуанидина, что можно объяснить эффективным подавлением соединениями катионактивного класса жизнедеятельности микроорганизмов. Аммонийные и пиридиниевые соли оказывают воздействие на микроорганизмы за счет нарушения проницаемости их цитоплазматических мембран и блокирования активности мембранных ферментов (Зверева и др., 2010); био-

цидные свойства гуанидинов обусловлены наличием в их соединениях группировок, являющихся активным началом некоторых лекарственных средств, антибиотиков. Проникая в клетку, данные вещества блокируют действие ферментов, препятствуют репликации нуклеиновых кислот, угнетают клетки или приводят к их гибели. Одним из основных критериев эффективной жизнедеятельности активного ила является хлопьеобразование, приводящее к формированию агломератов, седиментация которых позволяет технологически эффективно разделить систему «активный ил - сточная вода». Стабилизация микровзвеси и нарушения процесса седиментации твердой фазы вызываются добавками всех классов поверхностно-активных веществ, что пагубно отражается на таком технологическом показателе, как вынос частиц активного ила с очищенными сточными водами (Жмур, 2004; Захватаева и др., 2013). Значительное снижение скорости седиментации и наибольший объем взвеси наблюдаются при добавке смеси алкилтриме-тиламмоний хлорида и полигексамети-ленгуанидин гидрохлорида (рисунок 2).

Рис. 2. Фотофиксация промежуточных результатов изучения кинетики седиментации активного ила в зависимости от концентрации смешанного катионактивного вещества (алкилтриметиламмоний хлорида и полигексаметиленгуанидин гидрохлорида: 9/1) Fig. 2. Photofixation of intermediate results of studying kinetics of sedimentation of activated sludge depending on the concentration of the mixed cation-active substance (alkyltrimethylammonium chloride and polyhexamethyleneguanidine hydrochloride: 9/1)

Химическое потребление кислорода, являющееся одним из показателей загрязнения сточных вод органическими соединениями антропогенного типа, повышается с добавкой всех видов поверхностно-активных веществ, что коррелирует с графиком зависимости мутности и объясняется стабилизацией поверхностно-

активными веществами микровзвеси активного ила с биоорганическими объектами, дезактивацией микроорганизмов с последующим переходом их в водную фазу. На графике зависимости ХПК водной фазы системы воды, отнесенной к ХПК водной фазы без добавки ПАВ (рисунок 3), наблюдается меньший разбег значений: так,

3,5

2,5

и и

1,5

при концентрации в системе всех видов поверхностно-активных веществ 20 мг/дм3 наблюдается С/С0 со значениями 1.1-1.2. При концентрации поверхностно-активных веществ 60 мг/дм3 разбег значений лежит в интервале от 2.0 до 3.1.

Повышение мутности и ХПК водной фазы исследуемой системы показывает значительное снижение качественных показателей биологической очистки при наличии даже небольших концентраций поверхностно-активных веществ. Наибольшее влияние оказывает класс катионак-тивных веществ из-за подавления жизнедеятельности микроорганизмов активного ила.

3.1

/ ;c ' 2,5

2.0

Смесь АДБАХ и ПГМГ-ГХ

Сульфонол

ГДЛБ

ТДТМАБ

.9 Неонол

10 20 30 40

Концентрация ПАВ. иг/дм*

50

60

Рис. 3. Зависимость химического поглощения кислорода водной фазы исследуемой

системы от концентрации поверхностно-активных веществ разных классов Fig. 3. Dependence of the chemical absorption of oxygen in the water phase of the system under research on the concentration of surfactants of different classes

Оценка негативного воздействия поверхностно-активных веществ на микроорганизмы активного ила производилась также микроскопированием образцов с добавками активных веществ и контрольных образцов. При повышении концентрации катионак-тивных веществ (смеси алкилтримети-ламмоний хлорида и полигексамети-ленгуанидин гидрохлорида) наблюдалось снижение активности всех видов

простейших микроорганизмов, а при 60 мг/дм3 - их интенсивное цистообразо-вание или гибель (рисунок 4), что является первичным индикатором уменьшения эффективности очистки сточных вод. Для остальных классов поверхностно-активных веществ концентрации до 60 мг/дм3 не оказывали видимого влияния на простейшие микроорганизмы активного ила.

- J Л 3KL,

_

ш

а

б

Рис. 4. Микрофотографии простейших активного ила: а - без добавки поверхностно-активных веществ; б - при концентрации в исследуемой системе смеси алкилтриметиламмоний хлорида и полигексаметиленгуанидин

гидрохлорида (60 мг/дм3) Fig. 4. Micrographs of the simplest of activated sludge: а - without surfactants; б - at the concentration in the test system of the mixture of alkyltrimethylammonium chloride and polyhexamethyleneguanidine hydrochloride (60 мg/dm3)

Мониторинг содержания поверхностно-активных веществ в сточных водах, поступающих на очистные сооружения канализации Тюменской области различной производительности за последние 5 лет, показывает, что при обычном режиме эксплуатации суммарное количество поверхностно-активных веществ редко превышает 510 мг/дм3. Наличие периодических залповых сбросов с суммарной концентрацией поверхностно-активных веществ различных классов от 10

300

250

200

150

мг/дм3 до 40 мг/дм3 вызывает проблемы с пенообразованием, выносом активного ила и снижением его активности (Харькина, 2015). Особенно данная проблема проявляет себя на малогабаритных очистных сооружениях (Вял-кова, 2012). При вспенивании системы «активный ил - сточная вода» пропусканием воздушной потока интенсивностью 40 м3/м2 • ч наблюдается увеличение объема системы в зависимости от концентрации ПАВ и от времени вспенивания (рисунок 5).

100

"ТДТМАБ

■ Смесь ATM АХ и ПГМГ-ГХ ■Сульфонол ■Неоноп

30 60 120 Время,сек

Рис. 5. Зависимость объема системы «активный ил - сточная вода» (концентрация поверхностно-активных веществ 5 мг/дм3) от продолжительности вспенивания Fig. 5. Dependence of the volume of the system "active sludge water" (concentration of surfactants 5 mg/dm3) on the duration of foaming

Повышение объема системы наблюдается при добавлении всех видов поверхностно-активных веществ, но наибольшее значение дает добавка неионогенного соединения неонол АФ 9-12 (рисунок 5), относящегося к окси-этилированным алкилфенолам. Другие разновидности поверхностно-активных веществ при минимальной добавке 5 мг/дм3 не дают или незначительно увеличивают объем системы (до 25%). Увеличение концентрации сульфонола до 10 мг/дм3 приводит к росту объема системы «активный ил - сточная вода» до 200%. Аналогичный эффект достигается при концентрации тетрадецил-триметиламмоний бромида (50 мг/дм3).

Выводы

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

- при использовании в процессе очистки сточных вод биотехнологий с активным илом содержание в поступающих на очистку сточных водах всех видов поверхностно-активных веществ в количестве 10 мг/дм3 и более приводит к ухудшению характеристик водной фазы в процессе разделения активного ила и биологически-очищенных сточных вод (мутности и ХПК);

- наиболее значительно на мутность и ХПК влияет добавка катионак-тивных поверхностно-активных веществ, как индивидуальных веществ (ГДПБ, ТДТМАБ), так и промышленных

смесей гомологов (АТМАХ и ПГМГ-ГХ). При концентрации активных компонентов КПАВ в исследуемой системе 60 мг/дм3 мутность возрастает в 9 раз, а показатель ХПК - в 3.1 раза;

- наличие в сточных водах анионактивных поверхностно-активных веществ (сульфонол) концентрацией 60 мг/дм3 увеличивает значение мутности в 6.1 раза, ХПК - в 2,5 раза, что ниже по сравнению с влиянием катио-нактивных соединений;

- добавка промышленного образца неионогенного класса (неонол 912) также ухудшает качество сточных вод: при концентрации 60 мг/дм3 мутность возрастает 2.4 раза, ХПК - в 1.9 раза, что ниже, чем в присутствии активных веществ катионных и анионных классов;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

- наличие в очищаемых сточных водах всех видов поверхностно-активных веществ вызывает пенообра-зование в процессе их очистки с использованием аэрации. При пенообра-зовании наибольшее увеличение объема при минимальных концентрациях до 5 мг/дм3 дает добавка активного вещества неионогенного класса (неонол 9-12); аналогичные добавки анионактивных и катионактивных веществ не увеличивают или дают незначительное увеличение объема (до 25%).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Третьяков Н.Ю. Выбор методики анализа поверхностно-активных веществ (ПАВ) для сточных вод и природных объектов // Вестник Тюменского государственного архитектурно-строительного университета. 2015. №

2. С. 55-59.

2. Вялкова Е.И., Максимова С.В., Ма-ленко Н.В. Проблемы малогабаритных канализационных очистных сооружений в условиях Тюменского Севера и Уральского региона // Строительный вестник. 2012. № 2. С. 58-60.

3. Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. М.: Акварос, 2003. 507 с.

4. Захватаева Н.В., Шеломков А.С. Активный ил как управляемая экологическая система. М.: Экспо-Медиа-Пресс, 2013. 288 с.

5. Ланге К.Р. Поверхностно-активные вещества: синтез, свойства, анализ, применение. СПб.: Профессия, 2004. 240 с.

6. Медицинская микробиология, вирусология и иммунология. В 2-х т. / Под ред. В.В. Зверева, М.Н. Бойченко. Том 1. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010. 448 с.

7. Ротмистров М.Н., Гвоздяк М.Н., Ставская С.С. Микробиология очистки воды. Киев: Наукова Думка, 1978. 268 с.

8. Закиров Р.К. Ферментативная диагностика промышленных илов в процессах продленной аэрации сточных вод // Вестник Ка-

занского технологического университета. 2009. Вып. 2. С. 33-40.

9. Харькина О.В., Харькин С.В. Проблемы эксплуатации сооружений очистки сточных вод и их решения: вспухание и пенообра-зование активного ила // Справочник эколога. 2015. № 2 (26). С. 85-96.

10. Salanitro J.P. [et al.]. Activated Sludge Treatment of Ethoxylate Surfactants at High Industrial Use Concentrations. Water Science and Technology, 1988, no. 20 (11-12), pp. 125-130.

11. Dereszewska A., Tuszynska A., Cy-tawa S. Granulometric Analysis to Estimate Influence of Anionic Surfactant on Activated Sludge Structure. Ecological Chemistry and Engineering A. 2015 a, 22 (1), pp. 51-61. DOI: 10.2428/ecea.2015.22(1)05

12. Gheorghe S. [et al.]. Ecotoxicological Behavior of some Cationic and Amphoteric Surfactants (Biodegradation, Toxicity and Risk Assessment), in Chamy, R. and Rosenkranz, F. (ed.). Biodegradation - Life of Science. In Tech, Rijeka, 2013, pp. 83-114. DOI: 10.5772/56199

13. Madsen T. [et al.]. Environmental and Health Assessment of Substances in Household Detergents and Cosmetic Detergent Products. Environmental Project, no. 615, Milj0projekt: Danish Environmental Protection Agency, 2001. Available at: http://mst.dk/service/publikationer/ publikationsarkiv/2001/jan/environmental-and-health-assessment-of-substances-in-household-detergents-and-cosmetic-detergent-products/ (accessed on May 23, 2017).

14. Hrenovic J., Ivankovic T. Toxicity of anionic and cationic surfactant to Acinetobacter junii in pure culture. Central European Journal of Biology, 2007, no. 2, pp. 405-414. DOI: 10.2478/s11535-007-0029-7

15. Malik A., Kimchhayarasy P., Kakii K.

Effect of surfactants on stability of Acinetobacter johnsonii S35 and Oligotropha carboxidovorans S23 coaggregates. FEMS Microbiology Ecology, 2005, 51 (3), pp. 313-321. DOI: 10.1016/j.femsec.2004.09.005

16. Olkowska E., Ruman M., Polkowska Z. Occurrence of Surface Active Agents in the Environment. Journal of Analytical Methods in Chemistry, 2014, 2: 769708. DOI: 10.1155/2014/769708

17. Othman M.Z., Ding L., Jiao Y. Effect of Anionic and Non-ionic Surfactants on Activated Sludge Oxygen Uptake Rate and Nitrification. World Academy of Science, Engineering and Technology, 2009, 58, pp. 1206-1212.

18. Petkova R., Tcholakova S., Denkov N.D. Foaming and Foam Stability for Mixed Polymer - Surfactant Solutions: Effects of Surfactant Type and Polymer Charge. Langmuir, 2012, 28 (11), pp. 4996-5009. DOI: 10.1021/la3003096

19. Dereszewska A. [et al.] Effect of Ani-onic Surfactant Concentration on Activated Sludge Condition and Phosphate Release in Biological Treatment Plant. Polish Journal of Environmental Studies, 2015 b, 24 (1), pp. 83-91. DOI: 10.15244/pjoes/28640

20. Tomczak-Wandzel R. [et al.]. Effect of Surfactants on Activated Sludge Process, in Plaza E. and Levin E. (ed.). Research and application of new technologies in wastewater treatment and municipal solid waste disposal in Ukraine, Sweden and Poland: Proceedings of a Polish-Swedish-Ukrainian seminar, Stockholm, Sweden, 2009, Joint Polish-Swedish Report, vol. 16.

21. Moazzenipour B. [et al.]. The Removal Investigation of Coconut Acid Surfactants in Activated Sludge's System. Journal of Ecological Engineering, 2017, 18 (3), pp. 68-73. DOI: 10.12911/22998993/69351

REFERENCES

1. Tret'yakov, N.Yu. Vybor metodiki analiza poverkhnostno-aktivnykh veshchestv (PAV) dlya stochnykh vod i prirodnykh ob"yektov [The choice of methods for the analysis of surfactants for wastewater and natural objects]. Vestnik Tyumenskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta [Bulletin of the Tyumen state architectural and structural university], 2015, vol. 2, pp. 55-59. (In Russian)

2. Vyalkova Ye.I., Maksimova S.V., Malenko N.V. Problemy malogabaritnykh kanali-zatsionnykh ochistnykh sooruzheniy v usloviyakh Tyumenskogo Severa i Ural'skogo regiona [Problems of small sewage treatment facilities in the conditions of Tyumen North and Ural region]. Stroitel'nyy vestnik [News of development], 2012, no. 2, pp. 58-60. (In Russian)

3. Zhmur N.S. Tekhnologicheskie i bi-okhimicheskie protsessy ochistki stochnyh vod na

sooruzheniiakh s aerotenkami [Technological and biochemical processes of wastewater treatment facilities with the aeration tanks]. Moscow, Akva-ros Publ., 2003, 507 p. (In Russian)

4. Zakhvatayeva N.V., Shelomkov A.S. Aktivnyy il kak upravlyayemaya ekologicheskaya sistema [Activated Sludge as a Controlled Ecological System]. Moscow, Ekspo-Media-Press Publ., 2013, 288 p. (In Russian)

5. Lange K.R. Poverkhnostno-aktivnyye veshchestva: sintez, svoystva, analiz, prime-neniye [Surfactants: synthesis, properties and application]. SPb, Professiya Publ., 240 p. (In Russian)

6. Zvereva V.V., Boychenko M.N. Med-itsinskaya mikrobiologiya, virusologiya i immu-nologiya. V 2-kht. [Medical microbiology, virology and immunology in 2 books]. Moscow, GEOTAR-Media Publ., 2010, 448 p. (In Russian)

7. Rotmistrov M.N., Gvozdiak P.I., Stavskaia S.S. Mikrobiologiia ochistki vody [Microbiology of water purification]. Kiev, Naukova dumka Publ., 1978, 268 p. (in Russian)

8. Zakirov R.K. Fermentativnaya diag-nostika promyshlennykh i promyshlennykh prot-sessov v promyshlennosti [Enzymatic diagnostics of industrial sludge in the processes of prolonged aeration of wastewater]. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of Kazan technological university], 2009, no. 2, pp. 33-40. (In Russian)

9. Khar'kina O.V., Khar'kin S.V. Problemy ekspluatatsii kanalizatsionnykh stochnykh vod i ikh resheniya: vspukhaniye i penoobrazovaniye aktivnogo ila [Problems of wastewater treatment plants operation and their solutions: swelling and foaming of activated sludge]. Spravochnik ekologa [Reference book of the ecologist], 2015, no. 2, pp. 85-96. (In Russian)

10. Salanitro J.P. [et al.]. Activated Sludge Treatment of Ethoxylate Surfactants at High Industrial Use Concentrations. Water Science and Technology, 1988, no. 20 (11-12), pp. 125-130.

11. Dereszewska A., Tuszynska A., Cy-tawa S. Granulometric Analysis to Estimate Influence of Anionic Surfactant on Activated Sludge Structure. Ecological Chemistry and Engineering A. 2015 a, 22 (1), pp. 51-61. DOI: 10.2428/ecea.2015.22(1)05

12. Gheorghe S. [et al.]. Ecotoxicological Behavior of some Cationic and Amphoteric Surfactants (Biodegradation, Toxicity and Risk Assessment), in Chamy, R. and Rosenkranz, F. (ed.). Biodegradation - Life of Science. In Tech, Rijeka, 2013, pp. 83-114. DOI: 10.5772/56199

13. Madsen T. [et al.]. Environmental and Health Assessment of Substances in Household Detergents and Cosmetic Detergent Products. Environmental Project, no. 615, Milj0projekt: Danish Environmental Protection Agency, 2001. Available at: http://mst.dk/service/publikationer/ publikationsarkiv/2001/jan/environmental-and-health-assessment-of-substances-in-household-

Критерии авторства

Воротникова А.В, Турнаева Е.А. имеют равные авторские права. Воротникова А.В. несет ответственность за плагиат.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

detergents-and-cosmetic-detergent-products/ (accessed on May 23, 2017).

14. Hrenovic J., Ivankovic T. Toxicity of anionic and cationic surfactant to Acinetobacter junii in pure culture. Central European Journal of Biology, 2007, no. 2, pp. 405-414. DOI: 10.2478/s11535-007-0029-7

15. Malik A., Kimchhayarasy P., Kakii K. Effect of surfactants on stability of Acinetobacter johnsonii S35 and Oligotropha carboxidovorans S23 coaggregates. FEMS Microbiology Ecology, 2005, 51 (3), pp. 313-321. DOI: 10.1016/j.femsec.2004.09.005

16. Olkowska E., Ruman M., Polkowska Z. Occurrence of Surface Active Agents in the Environment. Journal of Analytical Methods in Chemistry, 2014, 2: 769708. DOI: 10.1155/2014/769708

17. Othman M.Z., Ding L., Jiao Y. Effect of Anionic and Non-ionic Surfactants on Activated Sludge Oxygen Uptake Rate and Nitrification. World Academy of Science, Engineering and Technology, 2009, 58, pp. 1206-1212.

18. Petkova R., Tcholakova S., Denkov N.D. Foaming and Foam Stability for Mixed Polymer - Surfactant Solutions: Effects of Surfactant Type and Polymer Charge. Langmuir, 2012, 28 (11), pp. 4996-5009. DOI: 10.1021/la3003096

19. Dereszewska A. [et al.]. Effect of Ani-onic Surfactant Concentration on Activated Sludge Condition and Phosphate Release in Biological Treatment Plant. Polish Journal of Environmental Studies, 2015b, 24 (1), pp. 83-91. DOI: 10.15244/pjoes/28640

20. Tomczak-Wandzel R. [et al.]. Effect of Surfactants on Activated Sludge Process, in Plaza E. and Levin E. (ed.). Research and application of new technologies in wastewater treatment and municipal solid waste disposal in Ukraine, Sweden and Poland: Proceedings of a Polish-Swedish-Ukrainian seminar, Stockholm, Sweden, 2009, Joint Polish-Swedish Report, vol. 16.

21. Moazzenipour B. [et al.]. The Removal Investigation of Coconut Acid Surfactants in Activated Sludge's System. Journal of Ecological Engineering, 2017, 18 (3), pp. 68-73. DOI: 10.12911/22998993/69351

Contribution

Vorotnikova A.V., Turnaeva E.A. have equal author's rights. Vorotnikova A.V bears the responsibility for plagiarism.

Conflict of interests

The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.