Изучение влияния низкочастотного ультразвука на биом активного ила городских очистных сооружений

УДК 628.335.2

В. В. Денисова, Р. Р. Резепова, Е. С. Балымова, Ф. Ю. Ахмадуллина, Р. К. Закиров

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ НИЗКОЧАСТОТНОГО УЛЬТРАЗВУКА НА БИОМ АКТИВНОГО ИЛА

ГОРОДСКИХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Ключевые слова: ультразвуковая обработка, активный ил.

Исследовано изменение состояния биоценоза активного ила городских очистных сооружений при прямой и опосредованной низкочастотной ультразвуковой обработки. Оценен уровень дефлокуляции хлопьев активного ила и деструкции основных индикаторных микроорганизмов, при различных режимах ультразвукового воздействия.

Keywords: ultrasonic treatment, activated sludge.

Change of a condition of a biocenosis of active silt of city treatment facilities at a straight line is investigated and the mediated low-frequency ultrasonic processing. Level of a deflocculation of flakes of active silt and destruction of the main indicator microorganisms is estimated at various modes of ultrasonic influence.

Введение

В развитии работ по ультразвуковой интенсификации процесса биологической очистки сложных по составу промышленных стоков были проведены экспериментальные исследования по оценке прямого и опосредованного воздействия низкочастотного ультразвука(~40 кГц) на биоценозы активного ила городских очистных сооружений. Целесообразность проведения исследований в данном направлении связана с необходимостью изыскания оптимального режима озвучивания активной биомассы, способствующего максимально возможному повышению ее ферментативной активности, так как ранее было показано [1], что ультразвуковая обработка иловой суспензии может привести к инактивации биоценоза в зависимости от условий ультразвукового воздействия.

Экспериментальная часть

Объект исследования - активный ил городских очистных сооружений.

При оценке опосредованного ультразвукового воздействия иловую суспензию обрабатывали в поле ультразвуковых волн частотой 35нГц (рис.1).

Рис. 1 - Установка ультразвуковой обработки -Sonor Super RK

Прямое воздействие низкочастотного ультразвука изучали в мембрано-кавитационном реакторе стационарного типа при частоте 40кГц (рис. 2).[2]

Рис. 2 - Установка ультразвуковой обработки -МКР

Продолжительность ультразвуковой

обработки составляла 0,5-5 мин.

Микроскопирование исходных и озвученных проб активного ила осу-ществляли на микроскопе МИКМЕД-5 (ЛОМО, Российская Федерация) при четыреста-кратном увеличении.

Для оценки состояния биома смешанной популяции микроорганизмов использовали пятибалльную шкалу оценок.[3,4].

Результаты и обсуждения

Результаты биомониторинга серии проб активного ила до и после ультразвуковой обработки свидетельствуют о высокой чувствительности биоиндикаторов даже к опосредованному воздействию низкочастотного ультразвука, особенно при увеличении продолжительности озвучивания, что проявляется в изменении и деформации простейших, снижении их активности, увеличении цист, разрушении хлопьев, появлении стойкой мутности нади-ловой жидкости и уменьшении родового биоразнообразия.

Табличные данные (табл. 1), приведённые в качестве примера, подтверждают вышеизложенное.

Таблица 1 - Оценка состояния активного ила при опосредованном ультразвуковом воздействии

Характеристика состояния объектов Состояние активного ила, мин

микроскопирования

0 (исх.) 0,5 1 3 5

Надиловая жидкость прозрачная мутноватая мутноватая мутная мутная

Хлопки ила Крупные, средние, средние, ком- средние, не- мелкие, неком-

компактные компактные пактные компактные пактные

Нитчатые бактерии наличие наличие наличие наличие наличие

Актиномицеты наличие наличие наличие наличие наличие

Водоросли отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие

Амёбы много, подвижные подвижные слабо подвижные слабо подвижные неподвижные

Инфузории крупные, средние; активные крупные, средние и мелкие, активные средние и мелкие, малоактивные средние и мелкие, малоактивные мелкие, есть оторванные бутоны

много, круп-

Коловратки средние ные и мелкие, подвижные много, мелкие, подвижные мелкие, подвижные мелкие, есть подвижные

Черви наличие наличие наличие отсутствие отсутствие

Цисты отсутствие отсутствие наличие увеличение увеличение

Состояние активного ила, балл 4,5 4,5 3,5 3,5 3

Обобщение результатов микроскопирования (рис.3) с последующей оценкой состояния активного ила, определяемого по пятибалльной системе, подтверждают результаты визуальных наблюдений.

Рис. 3 - Оценка состояния активного ила до и после опосредованной ультразвуковой обработки

Увеличение продолжительности опосредованной ультразвуковой обработки приводит к ухудшению состояния смешанной популяции микроорганизмов.

Как и следовало ожидать, при прямой обработке иловой суспензии в мембрано-кавитационном реакторе наблюдается более значительное ухудшение состояния биома активного ил городских очистных сооружений (рис.4).

Обобщение и сопоставление полученных результатов (табл. 2) позволили оценить вклад опосредованного и прямого ультразвукового воздействия на деструкционные процессы, протекающие в активной биомассе при ее озвучивании. Прямая

ультразвуковая обработка оказывает более жесткое воздействие на исследуемые биомы. При пятиминутной ультразвуковой обработке происходит практически полная инактивация простейших, деформация большого числа биоиндикаторов, значительное увеличение мутности надиловой жидкости, что, очевидно, связано с дефлокуляцией хлопьев и частичным разрушением активной биомассы.

5

ге 4

3 2

к о

1 и О и 0

I

исходным

2

1 мин

№ пробы

Рис. 4 - Оценка состояния активного ила до и после прямой ультразвуковой обработки

При этом состояние исследованного биоценоза ухудшается в среднем на (17,8-30,7)% и (27,03-56,66)% при различных способах озвучивания соответственно опосредованной и прямой ультразвуковой обработке.

Таблица 2 - Сопоставление данных прямого и опосредованного озвучивания активного ила

Изменение состояния активного ила, баллы

Ультразвуковое воздействие

№ пробы Опосредованное

Исх. 1 мин 5 мин Исх. 1 мин 5 мин

1 4,5 4,5 3,5 4,5 3 2

2 4,5 4 3 4,5 3 2

3 4,5 3,5 3 4,5 4 2

Изменение состояния активного ила %

1 100 - 23,33 100 34,44 56,66

2 100 12,22 34,44 100 34,44 56,66

3 100 23,33 34,44 100 12,22 56,66

Таким образом, полученные результаты однозначно свидетельствуют о протекании дезинте-грационных процессов в иловой суспензии незави-

симо от способа озвучивания, что подтверждает возможность применения опосредованной ультразвуковой обработки для повышения ферментационной активности илов, так как данный факт большинство исследователей связывают с разрушением клеточной биомассы с последующим выделением в среду ферментов и обогащением среды ростовыми и биогенными веществами [5].

Литература

1. Р.К. Закиров. Дисс. канд. тех. наук, КНИТУ им. Кирова, РФ РТ Казань, 2001.159с.

2. Закирова Р.К., Замалиева А.Я., Ахмадуллина Ф.Ю., Вторичное загрязнение сточных вод тяжелыми металлами при ультразвуковой обработке / Вестник Казанского технологического университета. 2013, т.16, в.11, с.70-73

3. Жмур Н.С. Управление процессом и контроль результата очистки сточных вод на сооружениях с аэротен-ками/ Н.С. Жмур.-М.:Луч,1997.-172с.

4. Методическое руководство по гидробиологическому контролю за работой сооружений биологической очистки сточных вод/ Минводхоз СССР.-М.,1987.-110с.

5. Закиров Р.К., Балымова Е.С., Сидоров О.Е., Ахмадуллина Ф.Ю. Изучение возможности использования избыточного активного ила в качестве источника биогенных элементов/ Вестник Казанского технологического университета. 2013, т.22,с.219-222

© В. В. Денисова - магистрант кафедры ПБТ; Р. Р. Резепова - студент кафедры ПБТ; ruhsarezepova@mail.ru; Е. С. Балымова - ассистент, кафедра ПБТ; Ф. Ю. Ахмадуллина - ст. преподаватель, кафедры промышленной биотехнологии (ПБТ), КНИТУ; Р. К. Закиров - к.т.н., доцент, кафедры промышленной биотехнологии (ПБТ), КНИТУ, zakrus@mail.ru.

© V. V. Denisova - undergraduate, chair of the production biotechnology, KNRTU; R. R. Rezepova - student, chair of the production biotechnology, KNRTU; rusharezepova@mail.ru; E. S. Balymova - assistant, chair of the production biotechnology, KNRTU; F. Y. Ahmadyllina - senior teacher, chair of the production biotechnology, KNRTU; R. K. Zakirov - candidate tekhnichskikh of sciences, associate professor, chair of the production biotechnology, KNRTU, zakrus@mail.ru.