Исследование влияния биостимуляторов на процесс биологической очистки модельной сточной воды, загрязненной СПАВ

УДК 628.3

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

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ БИОСТИМУЛЯТОРОВ НА ПРОЦЕСС БИОЛОГИЧЕСКОЙ

ОЧИСТКИ МОДЕЛЬНОЙ СТОЧНОЙ ВОДЫ, ЗАГРЯЗНЕННОЙ СПАВ

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

Проведен анализ влияния гуминового препарата и синтетического препарата Мелафен на процесс биологической очистки модельной сточной воды в анаэробных условиях от СПАВ. Показано, что наиболее эффективным для очистки модельной сточной воды от СПАВ является совместное применение гуминового препарата (10 1 г/дм3 ) с Мелафеном (10-6 мг/дм3).

Keywords: anaerobic sludge, biologically active substances, humic preparation, Melaphene.

The analysis of the influence of humic preparation and of synthetic preparation Melaphene on the process of biological treatment of model wastewater under anaerobic conditions from detergents. It was shown that the use of humic preparation at concentration of 10-1 g/dm3 in combination with Melaphene at concentration of 10-6 mg/dm3 is the most effective for treatment of model wastewater from detergents.

Введение

В настоящее время актуальным остается стремлением привести к минимуму использование химических реагентов для очистки сточной воды, а по возможности применять биологические методы. Благодаря этому биологическая обработка сточных вод в анаэробных условиях приобретает все большую популярность. На это сказываются и возрастающая стоимость обработки промышленных сточных вод и дефицит энергии.

Анаэробная биохимическая очистка (метановое брожение или ферментация) - это минерализация органического вещества промышленных или бытовых стоков в результате его окисления при содействии анаэробных микроорганизмов в процессе использования ими этого вещества в качестве источника питания. Сейчас данные методы совершенствуются и все больше привлекают внимание как способ обезвреживания высококонцентрированных стоков трудно окисляемых органических веществ.

Однако, несмотря на высокую эффективность применения анаэробного метода очистки, по-прежнему активно ведутся поиски способов интенсификации классических методов биологической очистки, в том числе и с помощью добавления биологически активных веществ (БАВ) в сточные воды при очистке [1].

Целью данной работы был анализ влияния гуминового препарата и мелафена на процесс очистки модельной сточной воды от СПАВ с целью интенсификации процесса биологической очистки.

СПАВ (синтетические поверхностно-активные вещества) - органические соединения ионного или молекулярного строения, обладающие поверхностно-активными свойствами и моющей способностью. ПДКв СПАВ составляет 0,5 мг/дм3, ПДКвр - 0,1 мг/дм3. Для эксперимента использовался раствор СПАВ в концентрации 0,1 мг/дм3.

Гуминовый препарат - суспендированное комплексное гуминовое удобрение. Препарат, изготовленные на основе гуматов, содержит аминокислоты, полисахариды, углеводы, витамины, макро- и микроэлементы, гормоноподобные вещества. Препа-

рат представляет собой пастообразное вещество темно-коричневого цвета, малотоксичен, IV класс опасности. Все это делает гуминовые соединения потенциальными стимуляторами биологической очистки сточных вод [2].

Мелафен представляет собой меламиновую соль бис(оксиметил)фосфиновой кислоты. Мелафен обладает высокой эффективностью и широким спектром действия при чрезвычайно низких применяемых концентрациях (10-4 мг/дм3 - 10-8 мг/дм3), относится к IV классу - вещества малоопасные [3 - 5].

Экспериментальная часть

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 регенератора секции биологической очистки сточных вод МУП «Водоканал».

При приготовлении модельной сточной воды в качестве источника углерода использовали глюкозу (СбН1206), азота - натрий азотнокислый (NaN03), фосфора - калий фосфорнокислый одно-замещенный (KH2P04) 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 Shaken» в течение заданных промежутков времени со скоростью 70 об/мин. Затем пробы отфильтровывали и определяли концентрацию СПАВ титриметрическим методом, основанным на окислении органических веществ избытком бихромата калия [6].

Выбор контрольных точек эксперимента обусловлен тем, что 24 ч соответствует фазе экспо-

ненциального роста, 48 ч - стационарной фазе роста, 72 - периоду отмирания культуры. Длительный период роста факультативных анаэробных микроорганизмов связан с особенностями метаболизма в анаэробных организмах.

В данном эксперименте (рисунок 1) в опытных образцах проводился процесс очистки стоков, загрязненных СПАВ, в присутствии гуминового препарата в концентрации 10-1 г/дм3, мелафена в концентрации 106 мг/дм3, их сочетании в тех же концентрациях, а в контрольной пробе - традиционная биологическая очистка. Выбор данных концентраций обусловлен серией экспериментов, проведенных ранее [7, 8].

Время эксперимента составляло 24 часа. ХПК исходной сточной воды в ходе эксперимента составляло 2140 мгО2/дм3, рН - 7,3, температура - 25°С.

Рис. 1 - Кинетика изменения концентрации СПАВ при внесении гуминового препарата концентрацией 10-1 г/дм3

Данные эксперимента показали, что применение препарата мелафен способствует более глубокой очистке по сравнения с контрольным опытом, начиная с 1 часа эксперимента в среднем на 18 %, в конце эксперимента опытный и контрольный пробы обеспечили очистку сточных вод на 91,7 %.

Результаты эксперимента показали, что использование мелафена в целом оказывает положительное влияние на степень очистки по сравнению с традиционной биологической очисткой, за 3 часа эксперимента значение ХПК с 2140 мгО2/дм3 снизилось до 88 мгО2/дм3, в то время как при традиционной биологической очистке значение ХПК к этому времени составило 704 мгО2/дм3, т. е. к 3 часу эксперимента опытный образец обеспечивал на 29 % более глубокую очистку, чем контрольный.

По данным эксперимента видно, что применение гуминового препарата в концентрации 10-1

г/дм3 в сочетании с мелафеном в концентрации 10-6 мг/дм3 повышает степень очистки по сравнению с традиционной биологической очисткой только с 3 часа эксперимента.

По результатам эксперимента видно, что на 3 час гуминовый препарат в концентрации 10-1 г/дм3 в сочетании с мелафеном в концентрации 10-6 мг/дм3 повышает степень очистки по сравнению с традиционной биологической очисткой на 29 %, так за 3 часа эксперимента значение ХПК с 2140 мгО2/дм3 снизилось до 70 мгО2/дм3, в то время как при традиционной биологической очистке значение ХПК к этому времени составило 704 мгО2/дм3. К 5 часу эксперимента опытный образец обеспечивал степень очистки 96,7 %, а контрольный - 67 %. Однако в конце эксперимента контрольная система обеспечивала более чем на 22 % глубокую по сравнению с опытной на 10 %.

Применение гуминового препарата в концентрации 10-1 г/дм3 не оказывало значительного влияния на степень очистки по сравнению с контрольной пробой.

Полученные данные показали, что наиболее эффективно для очистки сточной воды от СПАВ применение гуминового препарата в концентрации 10-1 г/дм3 в сочетании с мелафеном в концентрации 10-6 мг/дм3.

Литература

1. С.В. Мазлова, Г.Ф. Фаттахова, М.В. Шулаев, М.Е. Пан-тюкова, Т.П. Павлова, С.В. Фридланд, Журнал экологии и промышленной безопасности, 2, 51 - 52 (2010).

2. И.В. Перминова, Химия и жизнь, 1, 50 - 56 (2008). 3.О.А. Кашина. Автореф. дисс. канд. биол. наук, Казан.

ин-т биохимии и биофизики КазНЦ РАН, Казань, 2004. 21 с.

4. Миронова М.Е. Экологизация зернопроизводства при активации ранних ростовых процессов в семенах под действием регуляторов роста [Электронный ресурс] / М.Е. Миронова. - Режим доступа: http://www.pandia.ru, свободный. - Проверено 10.05.2014.

5. Е. О. Михайлова, С. В. Ахмадиева, Л. И. Хабибуллина, М. В. Шулаев, Вестник Казанского технологического университета, №7, 184-187 (2011).

6. Ю.Ю. Лурье, Аналитическая химия промышленных сточных вод. Химия, Москва, 1984, с. 77 - 78.

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

8. А.И. Хисамова, Н.А. Югина, В.З. Хабибрахманов, Е.О. Михайлова, М.В. Шулаев, Международная научно-практическая конференция «Нефтегазопереработка -2014» (Уфа, Россия, 23 апреля, 2014). Уфа, 2014. 98 -100.

© А. И. Хабибрахманова - асп. каф. химической кибернетики КНИТУ, alsu_khisa@mail.ru; Н. А. Югина - асп. той же кафедры; В. З. Хабибрахманов - студ. КНИТУ; Е. О. Михайлова - канд. биол. наук, доц. каф. бизнес-статистики и математических методов в экономике КНИТУ, katyushka.glukhova@gmail.com; М. В. Шулаев - д-р техн. наук, проф. химической кибернетики КНИТУ.

© A. I. 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; V. Z. Khabibrakhmanov - student, KNRTU; E. O. Mikhailova - associate professor of the Business statistics and mathematical methods in Economics department, KNRTU, katyushka.glukhova@gmail.com; M. V. Shulaev - Ph.D., Professor of the Department of Chemical Cybernetics, KNRTU.