Влияние биологически активных веществ на процесс очистки сточных вод, содержащих аммониевые соединения

УДК 628.3

А. И. Хабибрахманова, Н. А. Югина, Е. О. Михайлова, М. В. Шулаев

ВЛИЯНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА ПРОЦЕСС ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД,

СОДЕРЖАЩИХ АММОНИЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Ключевые слова: анаэробный ил, биологически активные вещества, гуминовый препарат, мелафен, аммониевые соединения.

Проведено исследование процессов интенсификации анаэробной биологической очистки модельной сточной воды, содержащей аммониевые соединения, с помощью биостимуляторов нового поколения. Показано, что наиболее эффективно для очистки модельной сточной воды от аммониевых соединений применение гуминового препарата в концентрации 10-1 г/дм3 в сочетании с мелафеном в концентрации 10-6мг/дм3.

Keywords: anaerobic sludge, biologically active substances, humicpreparation, Melaphen, ammonium compounds.

The intensification process of the anaerobic biological treatment of model wastewater containing ammonium compounds was investigated with the help of a new generation of stimulants. The most effect of the wastewater treatment contaminated ammonium compounds was shown for the combination of humic preparation 10'1 g/dm3 and Melaphen 10'6 mg/dm3.

Введение

Аммонийный азот в водах находится, главным образом, в растворенном состоянии в виде ионов аммония и недиссоциированных молекул МН4ОН, количественное соотношение которых имеет важное экологическое значение и определяется величиной рН и температурой воды.

Повышенное содержание ионов аммония указывает на ухудшение санитарного состояния водного объекта, причем, поскольку аммиак более токсичен, чем ионы аммония, опасность аммонийного азота для гидробионтов возрастает с повышением рН воды.

Присутствие в незагрязненных поверхностных водах ионов аммония связано, главным образом, с процессами биохимической деградации белковых веществ, дезаминирования аминокислот, разложения мочевины. Естественными источниками аммиака служат прижизненные выделения гидробионтов. Кроме того, ионы аммония могут образовываться в результате анаэробных процессов восстановления нитратов и нитритов.

Целью данной работы было исследование влияния гуминового препарата и мелафена на процесс очистки модельной сточной воды, содержащей соли аммония и аммиак.

Экспериментальная часть

Для изучения процесса нитрификации и денитрификации исследуется изменение

концентрации ионов аммония и нитратов. ПДКв аммонийных ионов составляет 2,0 мг/дм3, аммиака -1,0 мг/дм3 по азоту, ПДКвр ионов аммония - 0,4 мг/дм3, аммиака - 0,04 мг/дм3 по азоту. Для эксперимента использовалась концентрация ионов аммония 9,8 мг/дм3.

В щелочном растворе аммиак реагирует с тетраиодомеркуратом (II) калия, образуя различные желто-коричневые соединения, выпадающие в осадок или (при малых концентрациях) переходящие в коллоидные растворы. В условиях фотометрического определения реакция в основном проходит по

уравнению

2HgI2-4 + NH3 + OH- ^ NH2HgI3 + 51- + H2O (1) Содержание азота, ртути и иодида в осадке выражается отношением 1:2:3, однако возможно присутствие в осадке и других соединений (OHg2NH2I и др.). Некоторая неопределенность состава образующегося соединения требует точного соблюдения условий проведения определения как при анализе пробы, так и при построении калибровочного графика.

Выполнение анализа. Отбирали такую аликвотную часть, чтобы в ней содержалось 5 - 60 мкг NH+4, если предполагается измерение оптической плотности в кювете с толщиной слоя жидкости 5 см, или 25 - 300 мкг NH+4, если предполагается пользоваться кюветой с толщиной слоя 1 см. Разбавляли отобранную порцию безаммиачной водой до 50 мл, приливали 1 мл реактива Несслера и давали постоять не меньше 10 мин [1].

Оптическую плотность полученного

окрашенного раствора измеряли при X = 425 нм, поместив во вторую кювету фотометра холостой раствор (раствор реактивов).

Содержание NH+4 находили по калибровочному графику, для построения которого пользуются растворами хлорида аммония в безаммиачной воде в концентрациях 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8, 1,0 и 1,2 мг/дм3 [1].

В качестве объектов исследований были выбрана смешанная популяция микроорганизмов, входящих в состав анаэробного ила, полученного на основе активного ила городских очистных сооружений, сброженного в течение 4-х недель при температуре 38°С.

Активный ил для экспериментов отбирался из первого коридора второго аэротенка биологической очистки сточных вод ОАО «Альметьевск -Водоканал».

По внешнему виду активный ил представлял собой мелкие плотные хлопья светло-коричневого цвета, запах илистый, надыловая жидкость прозрачная. Иловый индекс составлял 58,8 см3/г,

доза ила - 4,02 г/ дм .

После сбраживания ил приобретал черную окраску, характерный запах разложившихся органических веществ. Кроме того, было отмечено бурное газовыделение; в состав газа входил сероводород, определенный органолептически.

При приготовлении модельной сточной воды в качестве источника углерода использовали глюкозу (C6Hi2O6), азота - натрий азотнокислый (NaNO3), фосфора - калий фосфорнокислый однозамещенный (KH2PO4) в соотношении C:N:P = 100:5:1.

Для изучения кинетики анаэробного процесса в микробиологические пробирки емкостью 50 дм3 заливали по 25 дм3 модельной сточной воды и 25 дм3 анаэробного ила, а также добавляли биологически активные препараты в соответствующих концентрациях.

После продувки азотом пробирки плотно закрывали пробками и встряхивали на установке «Orbital Shaker» в течение заданных промежутков времени со скоростью 70 об/мин. Затем пробы отфильтровывали и определяли концентрацию ионов аммония и аммиака фотометрическим методом с реактивом Несслера [1].

В данном эксперименте (рисунок 1) в опытных образцах проводился процесс очистки стоков, загрязненных соединениями аммония, в присутствии гуминового препарата в концентрации 10-1 г/дм3, мелафена в концентрации 10-6 мг/дм3, их сочетании в тех же концентрациях, а в контрольной пробе -традиционная биологическая очистка.

Выбор данных концентраций обусловлен серией экспериментов, проведенных ранее [2-4].

Время эксперимента составляло 24 часа. Общая концентрация аммонийных ионов и аммиака в исходной сточной воды в ходе эксперимента составляло 9,89 мг/дм3, рН - 6,9, температура -28°С.

Данные эксперимента представлены на рисунке 1 и в таблицах 1, 2.

Рис. 1 - Кинетика изменения концентрации

аммонииных препарата

ионов при

внесении 1-1

гуминового

концентрацией 10"1 г/дм3(ГП), мелафена в концентрации 10-6 (М) мг/дм3, смеси

гуминового

Г»-6

препарата -1

мелафена и

концентрациях 10 мг/дм и 10-1 г/дм соответственно и в отсутствии препарата

Таблица 1 - Биологическая очистка сточных вод с использованием гуминового препарата, мелафена и смеси мелафена и гуминового препарата

Эксперимент Снач, мг/дм3 Скон, мг/дм3 Степень очистки, %

Биологическая очистка 9,89 1,85 8,3

Биологическая очистка в присутствии гуминового препарата в концентрации 10-1 г/ дм3 9,89 2,71 72,6

Биологическая очистка в присутствии мелафена в концентрации 10-6 мг/ дм3 9,89 1,76 82,2

Биологическая очистка в присутствии мелафена и гуминового препарата в концентрациях 10-6 мг/дм3 и 10-1 г/дм3 соответственно 9,89 1,93 80,4

Таблица 2 - Степень очистки при внесении гуминового препарата концентрацией 10-1 г/дм3, мелафена концентрацией 10-6 мг/дм3, мелафена и гуминового препарата концентрацией 10-6 мг/дм3 и 10-1 г/дм3 соответственно и в отсутствии препарата

Данные эксперимента

показали, что применение препарата мелафен повышает степень очистки по сравнению с контрольной пробой в течение эксперимента в среднем на 6 %. В конце эксперимента опытный образец обеспечивал очистку сточной воды более чем на 82,2 %.

Было установлено, что использование гуминового препарата в концентрации 10-1 г/дм3 не оказывало значительного влияния на степень очистки по сравнению с контрольной пробой, однако за 1 час эксперимента значение концентрации аммонийных ионов с 9,89 мг/дм3 снизилось до 2,75 мг/дм3, в то время как при традиционной биологической очистке значение сульфатов к этому времени составило 5,51 мг/дм3, т. е. к 1 часу эксперимента опытный образец обеспечивал на 25 % более глубокую очистку, чем контрольный.

t, ч Степень очистки, %

Контроль М 10-6 ГП 10-1 10-6 М 10-1 ГП

1 44,2 59,3 72,2 51,7

2 53,9 61,9 40,0 57,0

3 70,9 71,4 60,9 73,5

5 71,7 80,4 64,5 87,4

8 63,9 67,3 75,7 81,3

24 81,3 82,2 72,6 80,4

Применение гуминового препарата в концентрации 10-1 г/дм3 в сочетании с мелафеном в концентрации 10-6 мг/дм3 увеличивает степень очистки по сравнению с традиционной биологической очисткой на 13 %: за 5 часов эксперимента значение ионов аммония с 9,89 мг/дм3 снизилось до 1,24 мг/дм3, в то время как при традиционной биологической очистке значение к этому времени составило 2,78 мг/дм3. К 8 часу эксперимента опытный образец обеспечивал степень очистки 81,3 %, а контрольный - 63,9 %. В конце эксперимента контрольная и опытная системы обеспечивали очистку сточной воды более чем на 80 %.

Полученные данные свидетельствуют, что применение гуминового препарата в концентрации 10-1 г/дм3 в сочетании с мелафеном в концентрации

10-6 мг/дм3 наиболее эффективно для очистки сточной воды от ионов аммония.

Литература

1. Ю.Ю. Лурье, Аналитическая химия промышленных сточных вод. Химия, Москва, 1984, С. 111 - 112.

2. А.И. Хисамова, Н.А. Югина, Е.О. Михайлова, М.В. Шулаев, Вестник Казанского технологического университета, 15, 20, 183 - 185 (2012).

3. А.И. Хисамова, Н.А. Югина, Е.О. Михайлова, М.В. Шулаев, Вестник Казанского технологического университета, 16, 10, 201 - 203 (2013).

4.Н.А. Югина, А.И. Хабибрахманова, Л.Ф. Аскарова, Е.О. Михайлова, М.В. Шулаев, Вестник Казанского технологического университета, 17, 22, 238 - 240 (2014).

© А. И. Хабибрахманова, аспирант кафедры химической кибернетики КНИТУ, alsu_khisa@mail.ru; Н. А. Югина, аспирант той же кафедры, tashka_ugi@mail.ru; Е. О. Михайлова, к.б.н., доцент кафедры бизнес-статистики и математических методов в экономике КНИТУ, katyushka.glukhova@gmail.com; М. В. Шулаев, д-р. техн. наук, профессор кафедры химической кибернетики КНИТУ, mshulaev@mail.ru.

© A. 1 Khabibrakhmanova, postgraduate student of the Department of Chemical Cybernetics, KNRTU, alsu_khisa@mail.ru; N. A. Yugina, postgraduate student of the Department of Chemical Cybernetics, KNRTU, tashka_ugi@mail.ru; E. O. Mikhailova, PhD, associate professor of business statistics and mathematical methods in Economics, katyushka.glukhova@gmail.com; M. V. Shulaev, Ph.D., Professor of the Department of Chemical Cybernetics, mshulaev@mail.ru.