Сонохимический метод повышения ферментативной активности илов большого возраста

УДК 628.355

Р. К. Закиров, Ф. Ю. Ахмадуллина, Е. С. Балымова, А. А. Геталов

СОНОХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ АКТИВНОСТИ

ИЛОВ БОЛЬШОГО ВОЗРАСТА

Ключевые слова: ультразвук, возраст активного ила, каталазная активность, свободно-радикальный процесс.

Изучено влияние низкочастотного ультразвука (24, 40, 70 кГц) на биохимическую активность промышленного ила формирующегося на сточных водах производств органического синтеза. Показано, что ультразвуковая обработка приводит к увеличению прироста активного ила и повышению каталазной активности в зависимости от частоты ультразвукового воздействия

Key words: ultrasound, sludge age, catalase activity, free-radical process.

In the article there are dates about influence low-frequency ultrasound (24, 40, 70 KHz) to biochemical activity of sludge, age of it is more 40 day. During ultrasound processing catalase activity and increment of activated sludge increased depending on frequency of ultrasound

Ранее было показано, что обработка иловой суспензии низкочастотным ультразвуком приводила к повышению дегидрогеназной активности ила[1-3], формирующегося на токсичных и сложных по составу сточных вод химических предприятий, что определяет эффективность процесса водоочистки и обеспечивает решение соответствующих экологических проблем производства. Для объяснения данного факта предполагали [4]:

1. Оптимальный режим озвучивания, обусловливающий, в основном, диспергирование хлопьев активного ила и, как следствие, улучшение массообмена кислорода и субстрата, должен способствовать повышению биохимической активности ила;

2. Частичное разрушение активной биомассы, что подтверждено также результатами собственных экспериментальных исследований, приводит к обогащению среды рост стимулирующими веществами, включая биогенные элементы в легко усвояемой форме, аминокислоты, витамины, белки и т.д.[5], а также эндоферментами, и тем самым, способствует повышению биохимической активности ила [6].

Целью настоящих исследований являлось получение дополнительной информации об использовании сонохимического метода в процессах очистки сточных вод, заключающегося во взаимодействии акустических волн и возникающих при этом химических и физико-химических эффектов в системе, приводящих к повышению биохимической активности ила при ультразвуковой обработке. Работа проводилась с активным илом, формирующихся на сточных водах производств органического синтеза, характеризующихся большим возрастом - в пределах 44-56 суток, установленным экспериментально.

Возраст определяли в отдельной серии экспериментов на модельной установке (рис. 1) по приросту ила в процессе биологической очистки реальных сточных вод в условиях, максимально приближенных к производственным.

Расчет определяемого параметра

осуществляли по формуле /7/ на основании данных, приведенных в таблице 1:

а  Т

ВИ =

Пр  24

• 1000,

где Т - период аэрации, ч; а - доза ила, г/дм ; Пр - прирост ила, г/дм3.

Рис. 1 - Пилотная установка для определения возраста ила: 1 - аэротенк; 2 - мелкопузырчатый аэратор; 3 - регулировочный клапан; 4 -воздуходувка; 5 - пневмолиния

Таблица 1 - Возраст исследуемого ила

Концентрация ила, г/л Возраст ила, сут.

Начальная (ан) Конечная, через 19 часов (ак) Пр =ан— ак

2,78 2,83 0,05 44,0

6,6 6,71 0,11 47,5

6,45 6,57 0,12 42,5

6,4 6,49 0,09 56,3

Предполагая, что следствием повышения биохимическической активности ила должен быть более высокий его прирост, был поставлен эксперимент, предусматривающий проведение биологической очистки реальных сточных вод производств органического синтеза

необработанным и обработанным низкочастотным ультразвуком (НУЗ) активным илом.

4

2

Ультразвуковую обработку иловой суспензии Полученные результаты исследований

проводили в стационарных реакторах с частотой 24, приведены в таблице 2.

40, 70 кГц (рис.2).

Рис. 2 - Мембранные кавитационные реакторы: а) 24 кГц; б) 40 кГц; в) 70 кГц Таблица 2 - Влияние НУЗ на возраст ила 0И+0И^-И202

Ультразвуковая обработка Биологическая очистка

V, кГц т, мин Т /Т а,г/л Пр, г/л Возраст ила,сут

Исх 2 23°С 4,90 0,08 48,5

24 23/27 4,50 0,08 44,5

40 23/32 4,80 0,10 38,0

70 23/29 5,00 0,10 39,6

Согласно табличным данным, ультразвуковая обработка активного ила возраста 48,5 суток приводит к своеобразному «омолаживанию», т.к. наблюдается большой прирост биомассы, в процессе биологической очистки вод, что является косвенным доказательством повышения

биохимической активности исследуемого ила. Более значимые результаты достигаются при частоте ультразвуковой обработке, равной 40 кГц.

Интересно отметить, активному илу, озвученному при данных условиях, соответствует более высокая каталазная активность (КА), установленная в отдельном эксперименте. При этом, рост оксиредуктазной активности характерен для всех проб ила после ультразвуковой обработки, независимо от частоты воздействующего ультразвука (рис. 3).

Возможным объяснением наблюдаемого явления может быть рост концентрации пероксида водорода в среде из-за развития свободно-радикальных процессов при воздействии низкочастотного ультразвука [6] и, как следствие, индуцирование каталаз.

И20^И+0И'

I 52-, 5

1- 50 -

СМ

Ч2 48-х

<1 46 g 44

20 40 60 Частота, кГц

Рис. 3 - Влияние частоты ультразвукового воздействия на каталазную активность ила

В то же время, не вызывает сомнения, что низкочастотный ультразвук относится к сильным стрессорам [8] и может являться причиной генерации Н2О2 клеткой, приводящей к усилению активности каталаз [9].

Таким образом, в результате проведенных исследований было получено подтверждение о повышении биохимической активности активного ила при его ультразвуковой обработке.

Литература

1. Денисова В.В. Изучение влияния низкочастотного ультразвука на биом активного ила городских очистных сооружений / В.В. Денисова, Р.Р. Резепова, Е.С. Балымова, Ф.Ю. Ахмадуллина, Р.К. Закиров // Вест. Казан. технол. ун-та.-2014. - Т17.- №16- С. 159-162.

2. Влияние ультразвука низкой частоты на ферментативную активность промышленного ила / Е.В. Пронина, Р.К. Закиров, Р.Х. Хузаянов, Ф.Ю. Ахмадуллина //Химическая промышленность. -2006. -Т.83.- №. 1.- С.37-42.

3. Закиров Р.К. Перспективы использования низкочастотного ультразвука для интенсификации процессов продленной аэрации промышленных стоков / Р.К. Закиров, Е.В. Пронина, А.С. Сироткин, Ф.Ю Ахмадуллина // Известия Самарского научного центра РАН. Специальный выпуск. III Всероссийская научно-практическая конференция. 2008. - C. 35-39.

4. Ткачук Н.Г. Интенсификация роста и ферментативной активности микроорганизмов ила для очистных сооружений электрическим током и ультразвуком /Автореферат дисс. канд. техн. наук, Киевский технический институт пищевой промышленности, Киев, 1983г.- 20с.

5. Ахмадуллина Ф. Ю. Деструкционные процессы при ультразвуковой обработке активного ила / Ф. Ю. Ахмадуллина, Р. К. Закиров, А. С. Сироткин // Башкирский химический журнал. - 2009. - Т. 16, № 3. -С. 92 - 97.

6. Закиров Р. К. Обогащение среды рост стимулирующими веществами при ультразвуковой обработке промышленных илов / Р. К. Закиров Е.В. Пронина, Д.Г. Победимский, Ф.Ю. Ахмадуллина // Вест. Казан. технол. ун-та.-2009.- №5- С. 319-326.

7. Жмур Н. С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками / Н. С. Жмур. - М.: АКВАРОС, 2003. -512 с.

8. Эльпинер, И.Е. Биофизика ультразвука / И.Е. Эльпинер. - М.: Наука, 1973. - 384 с.

9. Зенков Н.К. Окислительный стресс. Биохимические и патофизиологические аспекты / Н. К. Зенков, В. З. Лапкин, Е.Б. Меньщикова - М.: Наука /Интерпериодика, 2001. - 343с.

© Р. К. Закиров, к.т.н., доцент кафедры промышленной биотехнологии КНИТУ, zakrus@mail.ru; Ф. Ю. Ахмадуллина, ст. препод. той же кафедры; Е. С. Балымова, аспирант той же кафедры; А. А. Геталов, генеральный директор ООО «Дерманика» г. Москва.

© R. K. Zakirov, candidate of technical science, assistant professor of department of industrial biotechnology Kazan National Research Technologycal University, zakrus@mail.ru; F. Yu. Akhmadiillina a, heard teacher of department of industrial biotechnology Kazan National Research Technological University; E. S. Balymova, post-degree student of industrial biotechnology Kazan National Research Technological University; A.A. Getalov, director general of OOO«Дерманика», Moscow.

Все статьи номера поступили в редакцию журнала в период с 15.01.15. по 25.02.15.