Исследования возможности рециркуляции осадка для интенсификации процесса очистки сточных вод, содержащих эмульгированные нефтепродукты

2. Интенсивность транскрипции большинства ми-тохондриальных генов зависит от активности альтернативной оксидазы. В то время как ингибирование основного пути переноса электронов в митохондриях приводит к снижению скорости транскрипции, ингибирование альтернативной оксидазы ведет к увеличению скорости транскрипции митохондриальных генов. Можно предполагать, что ингибирование потока электронов по цитохромному пути служит сигналом для подавления транскрипции генов, а усиление этого по-

тока, происходящее при ингибировании альтернативного пути, вызывает активацию транскрипции.

Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ 12-04-01400, Сибирского отделения Российской академии наук (междисциплинарный интеграционный проект № 59) и программы Президиума Российской академии наук «Фундаментальная наука - медицине» (проект ФНМ-15).

Статья поступила 15.01.2014 г.

Библиографический список

1. Organisation and regulation of mitochondrial respiration in plants / A.H. Millar [and other] // Annu. Rev. Plant Biol. 2011. V. 62. P. 79-104.

2. Moller I.M. Plant Mitochondria and oxidative stress. Electron transport, NADH turnover and metabolism of reactive oxygen species // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 2001. V. 52. P. 561-591.

3. Konstantinov Y.M., Lutsenko G.N., Podsosonny V.A. Genetic functions of isolated maize mitochondria under model changes of redox conditions // Biochem. Mol. Biol. Internat. 1995. V. 36. № 4. P. 319-326.

4. Zubo Y.O., Kusnetsov V.V. Application of run-on transcription method for studying the regulation of plastid genome expression // Russ J Plant Physiol. 2008. V. 55. P. 107-114.

5. Тарасенко В.И., Гарник Е.Ю., Шмаков В.Н., Константинов Ю.М. Индукция экспрессии гена gdh2 арабидопсиса при изменении редокс-состояния митохондриальной дыхатель-

ной цепи // Биохимия. 2009. Т. 74. Вып. 1. С. 62-69.

6. Complex I dysfunction redirects cellular and mitochondrial metabolism in Arabidopsis / M. Garmier, A.J. Caroll [and other] // Plant Physiol. 2008. V. 148. P. 1324-1341.

7. Remodeled respiration in ndufs4 with low phosphorylation efficiency suppresses Arabidopsis germination and growth and alters control of metabolism at night / E.H. Meyer [and other] // Plant Physiology. 2009. V. 151. P. 603-619.

8. Effects of AOX1a deficiency on plant growth, gene expression of respiratory components and metabolic profile under low-nitrogen stress in Arabidopsis thaliana / C.K. Watanabe [and other] // Plant Cell Physiol. 2010. V. 51 (5). P. 810-822.

9. The impact of impaired mitochondrial function on retrograde signalling: a meta-analysis of transcriptomic responses / M. Schwarzlander [and other] // Journal of Experimental Botany. 2012. V. 63 (4). P. 1735-1750.

УДК 628.336

ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОСАДКА ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, СОДЕРЖАЩИХ ЭМУЛЬГИРОВАННЫЕ НЕФТЕПРОДУКТЫ

© Т.И. Халтурина1, А.Н. Уарова2, О.В. Чурбакова3

Сибирский федеральный университет, 660041, Россия, г. Красноярск, пр. Свободный, 79.

Приведены данные планового эксперимента по исследованию возможности рециркуляции осадка для интесифи-кации процесса очистки сточных вод, содержащих эмульгированные нефтепродукты. Ил. 3. Табл. 3. Библиогр. 3 назв.

Ключевые слова: очистка; сточные воды; эмульгированные нефтепродукты; реагентная обработка; сульфат алюминия; нефтесодержание осадка; рециркуляция; структура и свойства осадка; дифрактограмма; планирование эксперимента.

STUDYING POSSIBILITY FOR DEPOSIT RECIRCULATION TO INTENSIFY TREATMENT OF SEWAGES CONTAINING EMULSIFIED OIL PRODUCTS T.I. Khalturina А-N. Uarova, O.V. Churbakova

Siberian Federal University,

79 Svobodny pr., Krasnoyarsk, 660041, Russia.

The article introduces the data of the planned experiment on studying the possibility of deposit recirculation in order to

1Халтурина Тамара Ивановна, кандидат химических наук, профессор кафедры инженерных систем, зданий и сооружений, тел.: 89029615551, e-mail: THal1965@yandex.ru

Khalturina Tamara, Candidate of Chemistry, Professor of the Department of Engineering Systems, Buildings and Structures, tel.: 89029615551, e-mail: THal1965@yandex.ru

2Уарова Александра Николаевна, аспирант, тел.: 89831462104, e-mail: alex_yarova@mail.ru Uarova Aleksandra, Postgraduate, tel.: 89831462104, e-mail: alex_yarova@mail.ru

3Чурбакова Ольга Викторовна, кандидат технических наук, доцент кафедры инженерной экологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: 89022930157, e-mail: ochurbacova@mail.ru

Churbakova Olga, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Engineering Ecology and Life Safety, tel.: 89022930157, e-mail: ochurbacova@mail.ru

intensify the treatment of sewage waters containing emulsified oil products. 3 figures. 3 tables. 3 sources.

Key words: treatment; sewage; emulsified oil products; reagent treatment; aluminum sulphate; deposit oil content; recirculation; deposit structure and properties; diffraction pattern; experiment planning.

Известно, что применение рециркуляции осадка позволяет интенсифицировать процессы очистки сточных вод [1, 2]. Целью настоящей работы являлось исследование возможности использования части осадка путем рециркуляции для уменьшения рабочей дозы Al2(SO4)3 при реагентной обработке маслоэмуль-сионных стоков (МЭС). Для оценки влияния ряда факторов на эффективность очистки сточных вод от эмульгированных масел и математического описания процесса проводились исследования при планировании эксперимента по методу латинского квадрата на моделях стоков и натурных осадках Красноярского металлургического завода. Были изучены свойства натурных осадков, взятых из шламонакопителя (табл. 1).

По результатам изучения свойств осадков видно, что они представляют собой скоагулированный коллоид гидроокиси алюминия с адсорбированными частицами эмульгированных нефтепродуктов и взвешенных веществ. Для исследования состава и структуры осадка был проведен рентгенофазовый анализ

на дифрактометре D8-ADVANCE немецкой фирмы Bruker-ASX. Дифрактограмма осадка показана на рис. 1.

Как следует из дифрактограммы (см. рис. 1), осадок представлен в основном полимерными модификациями оксида алюминия, то есть гиббситом, байери-том и бемитом, на что указывают линии с d=3,70; d=3,46; d=2,62; d=2,40; d=1,40. Линии при d=2,83; d=1,98 характерны для соединений кальция CaCO3, CaSO4, так как после коагуляционной обработки величина pH доводилась до значения 7,5 при добавлении суспензии известкового молока для последующего отделения осадка. Рентгенофазовый анализ показал, что линии с d=4,87; d=1,98 соответствуют кварциту SiO2. Дифрактограмма указывает на то, что степень упорядоченности осадка низкая, осадок находится в аморфном виде и представляет собой скоагулирован-ный коллоид гидроокси алюминия с адсорбированными частицами эмульгированных нефтепродуктов и взвешенных веществ.

Свойства осадков, образующихся при реагентной обработке сточных вод,

Таблица 1

содержащ их эмульгированные нефтепродукты

Влажность, % Сухой остаток, г/дм3 Прокаленный остаток, г/дм3 Органическая часть потери при прокаливании, г/дм3 Отношение органической части к сухому веществу, г/г

98,93 1,67 0,62 1,05 0,63

96,92 3,08 0,96 2,12 0,69

97,40 3,60 1,00 2,60 0,72

95,98 4,02 1,00 3,02 0,75

93,04 6,99 2,25 4,74 0,68

Рис. 1. Дифрактограмма исходного осадка после реагентной обработки сточных вод, содержащих эмульгированные нефтепродукты

На основании предварительных исследований была определена оптимальная доза осадка Dос=0,45 г/дм3, а также основные факторы, влияющие на эффективность процесса очистки стоков от эмульгированных нефтепродуктов при рециркуляции части осадка: X1 - нефтесодержание осадка, г/г; X2 - исходная концентрация эмульгированных нефтепродуктов в стоках, мг/дм3; X3 - доза А12^04)3, мг/дм3.

Оценочным критерием являлась остаточная концентрация эмульгированных нефтепродуктов. Факторы и уровни их варьирования при проведении планового эксперимента по методу латинского квадрата указаны в табл. 2.

Матрица планирования эксперимента и содержание эмульгированных нефтепродуктов в очищенной воде представлены в табл. 3.

После проведения основных расчетов по методу латинского квадрата [3] была выявлена значимость факторов А, В, С, которая проверялась по критерию Фишера. Сравнение полученных дисперсионных отношений с табличным значением критерия Фишера показало, что большее влияние на процесс очистки сточных вод, содержащих эмульгированные нефтепродукты, при рециркуляции осадка оказывает фактор С - нефтесодержание осадка, а влияние факторов А и В сказывается в меньшей степени.

Так как обсчет данных планового эксперимента по методу латинского квадрата позволил оценить влияние факторов на эффективность очистки, то результаты исследования далее были обработаны по методу Брандона, для которого немаловажное значение име-

ет расположение факторов в порядке убывания степени их влияния на переменную состояния. Данный метод позволяет получить нелинейную функцию следующего вида:

Y = k-f №)/ (X2)-f (*3) ,

где fk(Xk) - зависимость выходного параметра от k-го параметра входа; k - поправочный коэффициент, численно близкий к среднему значению выборки; Y -остаточная концентрация эмульгированных нефтепродуктов, мг/дм ;

Обработка экспериментальных данных по методу Брандона была проведена в табличном процессоре Microsoft Office Excel, что позволило построить графические зависимости и получить уравнения аппроксимации (рис. 2).

После обсчета экспериментальных данных было получено общее соотношение для выходного параметра:

Y = 0,945

(2  10"5Х32 - 0,006Хз + 1,262);

Анализ уравнения подтверждает, что наибольшее влияние на остаточное содержание эмульгированных нефтепродуктов при рециркуляции части осадка оказывает насыщенность осадка нефтепродуктами.

Таблица 2

Факторы и интервалы их варьирования_

Факторы Уровни варьирования

I II III IV

С (Х1) - нефтесодержание осадка, г/г 0,51 0,61 0,75 0,89

А (Х2) - концентрация нефтепродуктов в исходной воде, мг/дм3 600 900 1260 1900

В (Х3) - доза А12^04)3 , мг/дм3 0 100 200 300

Таблица 3

Матрица планирования и содержание нефтепродуктов в очищенной воде, мг/дм3'_

А В

В1 В2 В3 В4

А1 Сз С4 С2 С1

32,0 32,0 29,0 180,0

А2 С4 Сз С1 С2

80,0 30,0 176,0 42,0

Аз С2 С1 С3 С4

156,0 42,0 42,0 48,0

A4 С1 С2 С4 С3

148,0 72,0 68,0 62,0

*Определение концентрации нефтепродуктов осуществлялось на приборе «Концентратомер КН-2»

3 3

J 3 ^2,5

Л 2

0,5 0

II

♦ Y = 10,9x2 -1 8,24x1 + 8,174

♦ W

:: ж.

:: __J ♦

--—i—i—i—н- —i—i—i—i— t —1—1—1—1— —1—1—1—I— —i—i—i—\— —i—i—i—i—

0,4

2,5

0,5

0,6

0,7

0,9 1

X1, [г/г]

а)

J

0

♦

/ = 7ч 0-7x22 - 0,00 x + i ,598 ♦

____ ♦ —

:; А 1 t *

"Mil ♦ i i i i ♦ 1 1 1 1 1 1 1 1 1111 1111 1111 1111

250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250

X2, [мг/дм3]

б)

г/

о

2,5

1,5

0,5

0

-0,5

н—Ь

Y= 2*10-5 x32

Н-1-1—ь

- 0,006x3 + 1,262

Н-1-1—ь

150

♦

Ж

н—i—i—I-

250

350

X3, [мг/дм3]

в)

Рис. 2. Зависимость нормализованных значений остаточного содержания нефтепродуктов от: а - нефтесодержания осадка; б - исходной концентрации нефтепродуктов; в - дозы сульфата алюминия

Для определения оптимальных режимов процесса очистки сточных вод, содержащих эмульгированные нефтепродукты, при использовании рециркуляции части осадка были сделаны расчеты в программе БоПаЬ. Это система компьютерной математики, которая предназначена для выполнения инженерных и научных вычислений1. На рис. 3 представлены графи-

1 Компьютерная программа Scilab 5.3.3 (GNU Linux (32/64 бит), Windows XP/Vista/7 (32/64 бит), Mac OS X (Intel), 07/22/2011) пакет прикладных математических программ.

ческие интерпретации в виде поверхностей для выбора оптимальных условий.

Из графических построений следует, что при высокой концентрации эмульгированных нефтепродуктов в сточной воде (С„„"сх=1900 мг/дм3) осадок с нефтесо-держанием 0,72 г/г может быть использован для обработки без добавления сульфата алюминия.

При уменьшении в обрабатываемой воде концентрации эмульгированных нефтепродуктов (Сн„"сх=600-1260 мг/дм3) добавление нефтесодержащего осадка способствует уменьшению рабочих доз коагулянта в 2-3 раза.

1

а)

б)

в)

г)

Рис. 3. Диаграммы для выбора оптимального режима при обработке маслоэмульсионных стоков с концентрацией эмульгированных нефтепродуктов: а - Снписх=600 мг/дм3; б - Снписх=900 мг/дм3;

в - Снписх=1260 мг/дм3; г - Снписх=1900 мг/дм3

Влияние нефтесодержания осадка при рецирку- ния, что и выделяющийся гидроксид, но с разным ко-

ляции на процесс очистки маслоэмульсионных сточ- личеством адсорбированных частиц масел и взве-

ных вод может быть объяснено сорбционными и адге- шенных веществ, то при рециркуляции части осадка

зионными явлениями. Так как осадок представляет время, необходимое для формирования свермицел-

собой уже готовые крупные частички такого же строе- лярных агрегатов, сокращается. При этом ускоряется

процесс хлопьеобразования, увеличиваются размеры хлопьев, быстрее идет их осаждение, следовательно, интенсивнее очищается вода.

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Данные рентгенофазового анализа по исследованию состава и структуры натурного осадка, образующегося при реагентной очистке маслоэмульсионных сточных вод, показали, что он содержит полимерные модификации оксида алюминия с небольшим содержанием соединений СаС03, Са304, так как после коа-гуляционной обработки величина рН доводится до значения 7,5 при добавлении суспензии известкового молока. Дифрактограмма осадка указывает на то, что степень упорядоченности осадка низкая, он находится в основном в аморфном виде.

По результатам изучения свойств осадка установлено, что он представляет собой скоагулированный коллоид гидроокиси алюминия с адсорбированными частицами эмульгированных нефтепродуктов и взвешенных веществ.

2. Из анализа данных планового эксперимента по методу латинского квадрата следует, что большее влияние на процесс очистки сточных вод, содержащих

эмульгированные нефтепродукты, при рециркуляции части осадка оказывает его нефтесодержание, а влияние дозы А12(Б04)3 и исходной концентрации нефтепродуктов сказывается в меньшей степени.

3. Оптимизация процесса очистки сточных вод, содержащих эмульгированные нефтепродукты, при рециркуляции части осадка, проведенная в программе БоНаЬ, позволила получить графические интерпретации в виде поверхностей для выбора рациональных условий обработки при различных значениях исходной концентрации нефтепродуктов в стоках.

4. Установлено, что рециркуляция части осадка позволяет проводить очистку маслоэмульсионных сточных вод при значительно меньших дозах коагулянта.

Результаты исследований могут быть использованы при проектировании локальных сооружений для очистки сточных вод, содержащих эмульгированные нефтепродукты, и разработки технологии утилизации образующихся осадков, позволяющей уменьшить вредное воздействие на окружающую природную среду и сократить расходы товарных реагентов.

Статья поступила 12.11.2013 г.

Библиографический список

1. Чурбакова О.В., Халтурина Т.И. Интенсификация обработки и утилизации маслосодержащего осадка // Известия вузов. Строительство. 2001. № 9-10. С. 94-97.

2. Degremont: технический справочник по обработке воды / Л. Андриамирадо [и др.]; пер. с фр. под ред. М.И. Алексеева,

B.Г. Иванова, А.М. Курганова. СПб.: Новый журнал, 2007.

C. 845-847.

3. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. М.: Высшая школа, 1978. С. 99-114.