CC BY
0
УДК 628.35
ВОЗМОЖНОСТЬ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АНАЭРОБНОЙ ДЕНИТРИФИКАЦИИ СТОЧНЫХ ВОД НА ПОРИСТЫХ ПРИРОДНЫХ СРЕДАХ
1Русман Даниил Рудольфович,
магистрант
2Турунов Максим Валерьевич,
химик-эксперт медицины
Научные руководители — 'Т. В. Темеров, старший преподаватель кафедры промышленного, гражданского строительства
и техносферной безопасности 2Н. В. Толстиков, химик-эксперт медицины 'Хакасский государственный университет им. Н. Ф. Катанова (г. Абакан) 2Федеральное бюджетное учреждение «Центр гигиены и эпидемиологии в Республике Хакасия» (г. Абакан)
В данной статье оценивалась возможность применения анаэробной денитрификации воды в модельной среде с пористыми материалами. Сконструирована система модульной среды объёмом 70 литров. В результате нитраты и нитриты начали уменьшаться на пятый день эксперимента и были полностью извлечены из системы на 20 и 25 день соответственно. Процесс анаэробной денитрификации, реализуемый в модельной среде, и результаты, полученные в эксперименте, согласуются с теоретическими аспектами данного процесса.
Ключевые слова: денитрификация, нитраты, нитриты, сточная вода, пористые материалы, модельная среда.
POSSIBILITY OF BIOLOGICAL ANAEROBIC DENITRIFICATION OF WASTEWATER
ON POROUS NATURAL MEDIA
1Rusman Daniil Rudolfovich,
graduate student
2Turunov Maxim Valeryevich
chemist-expert of Medicine
Scientific supervisors — 'T. V. Temerov, Senior lecturer of the Industrial, Civil Engineering and Technosphere Safety Department
2N. V. Tolstikov, chemist-expert of Medicine 'Katanov Khakass State University (Abakan) 2Federal Budgetary Institution «Center of Hygiene and Epidemiology in the Republic of Khakassia» (Abakan)
In this article, the possibility of using anaerobic denitrification of water in a model medium with porous materials was evaluated. A modular environment system with a volume of 70 liters has been designed. As a result, nitrates and nitrites began to decrease on the 5th day of the experiment, and were completely removed from the system on the 20th and 25th day, respectively. The process of anaerobic denitrification implemented in the model environment and the results obtained in the experiment are consistent with the theoretical aspects of this process.
Key words: denitrification, nitrates, nitrites, wastewater, porous materials, model medium.
Актуальность. С ростом населения городов и увеличением потребительской культуры общество сталкивается с проблемой утилизации отходов. В процессе хозяйственной деятельности современное общество потребляет все большее количество воды, большая часть которой в результате становится загрязнённой самыми различными веществами. При их попадании в окружающую среду экологии наносится огромный ущерб, и поэтому они подлежат обязательной очистке [1].
На специализированных системах сточные воды перед сбросом в водный объект проходят
ряд этапов очистки. Например, взвешенные вещества, в первую очередь, удаляются методом фильтрации и отстаивания, загрязненная вода попадает в аэротенки с активным илом, где происходит очистка органических веществ. Далее стоки попадают на этап обеззараживания, к примеру, очистка возможна методом окисления, включающим в себя хлорирование или озонирование, также существует и ультрафиолетовая стерилизация. На последнем этапе производится сброс очищенной воды в искусственный или естественный водоем, где растениями происходит поглощение различ-
ных микро- и макроэлементов. Но ввиду увеличения количества поступаемых на очистку сточных вод зачастую многие очистные сооружения приближаются и/или превышают свои проектные мощности водоочистки. Такое нарушение проектных мощностей очистных сооружений влечет за собой неэффективную очистку стоков, что может привести к снижению качества сбрасываемых очищенных стоков в водоемы и, как правило, увеличение концентраций загрязняющих веществ.
Среди основных загрязнителей сточных вод особое внимание можно акцентировать на тяжёлых металлах (кадмий, железо, марганец), взвешенных веществах, а также на нитритах и нитратах.
Нитраты представляют собой лимитирующий фактор в большинстве прибрежных вод и рек. Усвоение данного соединения растениями тесно связано с повышенным содержанием фосфатов в водоисточниках. Важным аспектом в процессе очистки сточных вод является процесс денитрификации водных ресурсов [2].
Цель исследования - оценка возможности практического применения процесса анаэробной денитрификации в модельной среде с пористым материалом.
Материалы и методы. Денитрификация -это широко распространённый в природе процесс восстановления нитратов до молекулярного азота, вызываемый бактериями, который протекает с образованием нитритов и закиси азота [3]. Процесс денитрификации в анаэробной среде был рассмотрен в работах М. П. Корсаковой и академиком С. П. Косты-чевым. При исследовании химических превращений, связанных с процессами денитри-фикации, следует разграничить две стороны вопроса: 1) превращение нитратов, а именно -изучение тех промежуточных продуктов, через которые нитраты проходят, прежде чем восстановление дойдёт до свободного азота; 2) превращение окисляемых органических веществ [4].
В анаэробной денитрификации способны участвовать следующие организмы: Bacillus fluorescens Uquefaciens и Bacillus pyocyaneus и другие [5]. Вышеперечисленные организмы для нормального функционирования требуют постоянства среды (температуры, химическио-го состава, состава воды, pH среды). Из перечисленных условий среды сложней всего поддерживать рН среды и постоянство состава. Для минимизации рисков, связанных с вышеописанными факторами, удобно использовать пористые материалы с развитой площадью поверхности. В качестве такого материала могут выступать вулканические пемзы, происходящие от средней лавы.
Для проведения эксперимента была использована ёмкость объёмом 70 литров, в которой находился имитант сточной воды (ИСВ), приготовленный из солей различного состава. В качестве анаэробного денитрифицирушего фильтра использовалась система «батарея пер-коляторов», наполненная вулканической пемзой и мраморной крошкой. Через фильтр пропускался ИСВ насосом порционно, через определенные промежутки времени, а поддержание температуры осуществлялось термостатом с П.И.Д. регулятором, в ёмкости происходил барботаж воздуха (табл. 1).
Результаты и обсуждения. Имитант сточной воды был помещён в реактор, пористый материал обработан донным отложением болота и помещён в батарею перколяторов, также помещён мрамор в батарею перколяторов. Произведена отладка блока управления и других узлов системы.
Эксперимент длился в течение 30 дней, пробы воды отбирались из реактора и с выхода батареи перколяторов в количестве 1,5 литра (при срабатывании насоса). Объём изъятой воды в процессе отбора проб компенсировался новым имитантом сточной воды (табл. 2).
В ходе эксперимента состав имитанта сточной воды подвергался изменению, нитраты и нитриты начали уменьшаться на 5-й день, что
можно объяснить приростом бактериальных культур с денитрифицирующей способностью (рис. 1).
Нитраты и фосфаты в процессе эксперимента были извлечены полностью из системы
на 20-й и 25-й дни соответственно. Нитриты и ионы аммония в реакторе достигли уровня аналитического нуля, хотя в процессах, происходящих в батарее перколяторов, нитриты достигают содержаний до 21 мг/л (рис. 2).
Таблица 1
Описание системы модульной среды
Компонент системы Назначение Примечание
1. Ёмкость 70 литров (реактор) Хранение ИСВ
2. Батарея перколяторов (Бп) Замедление движения потока, препятствие для проникновения кислорода воздуха Объём батареи перколяторов 6 литров, рабочий объём с учетом загрузки наполнителей 1,5 л
3. Пемза вулканическая Среда для иммобилизации бактерий -
4. Мраморная крошка Компонент среды, предотвращающий понижение рН среды
5. Насос Обеспечивает движение воды в системе Скорость водотока 1,5 л/мин, периодичность срабатывания каждые 6 часов, время работы 3 минуты
6. Компрессор Барботаж ИСВ, воздухом для насыщения кислородом воды и перемешивания ИСВ
7. Термостат с П.И.Д. регулятором Поддержание температуры П.И.Д. регулятор позволяет поддерживать температуру с учётом изменения температуры внешней среды
8. Ультрафиолетовый стерилизатор проточного типа, водозащитный, погружной Стерилизация ИСВ, выходящей из батареи перколяторов Биологическая защита операторов эксперимента
9. Имитант сточной воды (ИСВ) Объект исследования Рабочее тело системы, среда обитания денитрифицирующих бактерий, состав ИСВ: жесткость 3 град.(Са/М^, 6:1), рН 8.1, Бе общее 0.4 мг/дм3, окисля-емость перманганатная 8.0 мг/дм3, Б- 0.15 мг/дм3, С1-17.0 мг/дм3, 8042- 27.0 мг/дм3, Р043- 1.0 мг/дм3, N03 55 мг/дм3, МН4+ 0.15 мг/дм3, Ы02- 0.03 мг/дм3, 82- не обнаружено, растворённый кислород 8.2 мг/дм3
10. Блок управления Контроль температуры, отслеживание времени работы отдельных компонентов системы
11. Донные отложения Внесение бактериальной культуры Место отбора: болото
Таблица 2
Динамика процесса эксперимента
День эксперимента
компоненты .пл^о, ед. 1 5 10 15 20 25 30
изм. Р Бп Р Бп Р Бп Р Бп Р Бп Р Бп Р Бп
Жёсткость (Ж), °Ж 3,0 3,0 3,0 3,3 3,1 3,1 3,1 3,1 3,1 3,1 3,2 3,2 3,2 3,3
рН, ед. рН 8,1 8,2 7,9 7,7 7,7 7,2 7,7 7,2 7,7 7,2 7,7 7,2 7,7 7,2
Бе общее, мг/дм3 0,40 0,45 0,55 0,85 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60
Окисляемость перман-ганатная (ОК), мг/дм3 8,0 10,0 8,0 9,0 7,0 9,0 7,0 8,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 6,0
Б-, мг/дм3 0,15 0,2 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
С1-, мг/дм3 17,0 17,0 17,0 17,0 17,0 17,0 17,0 17,0 17,0 17,0 17,0 17,0 17,0 17,0
8042-, мг/дм3 27,0 27,0 27,0 27,0 27,0 27,0 27,0 27,0 27,0 21,0 25,0 21,0 23,0 21,0
Р043-, мг/дм3 1,0 1,0 0,75 0,5 0,6 0,0 0,3 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
Ы03-, мг/дм3 55 55 50 45 45 20 30 0 10 0 0 0 0 0
МН4+, мг/дм3 0,15 0,10 0,06 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
К02-, мг/дм3 0,03 0,02 0,10 0,50 0,00 17,00 0,00 21,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
82-, мг/дм3 н/о н/о н/о н/о н/о н/о н/о н/о н/о 2,0 0,0 2,2 0,0 2,0
Растворённый кислород, мг/дм3 8,2 8,2 8,2 0,0 8,2 0,0 8,2 0,0 8,2 0,0 8,2 0,0 8,2 0,0
Применение: Р - емкость 70 литров (реактор), Бп - батарея перколяторов
Отсутствие нитритов в реакторе обусловлено их окислением до нитратов. Также система увеличила содержание железа и фтора по отношению к изначальному содержанию, это объяснимо тем, что пемза может содержать эти элементы.
Заключение. Процесс анаэробной денит-рификации, реализуемый в модельной среде, и результаты, полученные в эксперименте, со-
гласуются с теоретическими аспектами данного процесса. Также эксперимент выявил, что при моделировании процесса необходимо учитывать массовую долю подвижных форм элементов, содержащихся в вулканической пемзе. Стоит обратить внимание на то, что пемза, как материал для заселения бактерий, не выявляет недостатков в данном эксперименте и обеспечивает необходимое постоянство среды.
Рис. 1. Динамика эксперимента в реакторе
250
200
I 150
&
о
100
50
\N sN -•- - -#-1
10 15 20
Дгнь зксгкрныгнга
25
30
35
■Ж
Fe »OK •Cl
HIHSO4
NO
3
NH,
Рис. 2. Динамика эксперимента в батарее перколяторов
Библиографический список
1. О водоснабжении и водоотведении: Федеральный закон от 07.12.2011 № 416-ФЗ (последняя редакция) // Доступ и0 справоно-правовой системы «КонсультантПлюс». URL: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_122867/ (дата обращения: 13.11.2023).
2. Боровых Е. П. Процесс денитрификации в биологической очистке сточных вод и методики расчета // Вода: химия и экология. 2011. № 11 (41). С. 85-89.
3. Денитрификация // Академик. URL: https://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/83478/Денитрификация (дата обращения: 16.07.2023).
4. Корсакова М. П. Химизм процесса денитрификации // Известия Академии наук СССР. 1927. VI серия. 21:7. С. 1221-1250.
5. Caron H. Untersuchungen über die Physiologiedenitrifizierender Bakterien. Centrbl. f. Bakt. II. 1912. № 33. 62 S.
© Русман Д. Р., Турунов М. В., 2023
УДК 636.2:616-002.35-084:342.542.5(571.513)
ПРОФИЛАКТИКА ЭМФИЗЕМАТОЗНОГО КАРБУНКУЛА КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА В КРЕСТЬЯНСКО-ФЕРМЕРСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ РЕСПУБЛИКИ ХАКАСИЯ
Усикова Татьяна Ивановна,
кандидат ветеринарных наук, доцент кафедры агротехнологий и ветеринарной медицины
Чеглыгбашева Лариса Владимировна,
студент
Хакасский государственный университет им. Н. Ф. Катанова (г. Абакан)
Профилактика инфекционных болезней у сельскохозяйственных животных должна проводиться комплексно, с учетом эпизоотологических особенностей их течения и включать как общие, так и специфические мероприятия.
Представлены результаты исследования эпизоотической ситуации в Республике Хакасия и характер профилактических мероприятий против эмфизематозного карбункула («эмкара») крупного рогатого скота. Для профилактики эмфизематозного карбункула основным направлением являются специфические меры, включающие плановую ежегодную иммунизацию всего восприимчивого поголовья. Не менее важно при этом соблюдение владельцами ветеринарно-санитарных правил при содержании сельскохозяйственных животных.
Ключевые слова: обязательная плановая вакцинация животных, противоэпизоотические мероприятия, стационарность эпизоотического очага, возбудитель, почвенная инфекция, инфицирование внешней среды, карбункул.
PREVENTION OF EMPHYSEMATOUS CARBUNCLE IN CATTLE IN THE PEASANT-FARMING OF THE REPUBLIC OF KHAKASSIA
Usikova Tatyana Ivanovna,
Ph.D. in Veterinary Sciences, Associate Professor of the Agricultural Technologies and Veterinary Medicine Department
Cheglygbasheva Larisa Vladimirovna,
student
Katanov Khakass State University (Abakan)
Prevention of infectious diseases in farm animals should be carried out comprehensively, taking into account the ep-izootological features of their course and include both general and specific measures.
The results of a study of the epizootic situation in the Republic of Khakassia and the nature of preventive measures against emphysematous carbuncle («emkar») in cattle are presented. To prevent emphysematous carbuncle, the main focus is specific measures, including planned annual immunization of all susceptible livestock. It is equally important that owners observe veterinary and sanitary rules when keeping farm animals.
Key words: obligatory planned vaccination of animals, anti-epizootic measures, stationarity of the epizootic focus, pathogen, soil infection, infection of the external environment, carbuncle.
