ФЛОКУЛЯНТЫ В ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
В статье – о целесообразности использования микроорганизмов в качестве биофлокулянтов. Объектом исследования для очистки сточных вод служила культура актиномицета Str. chromogenes s.g. 0832. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Введение В России сооружения биологической очистки составляют 54,8 % от общего числа всех очистных сооружений, а водоотведение на них – 78,9 % от общего объема очищаемых вод, что позволяет определить решающую роль биологической очистки сточных вод [1]. К преимуществам сорбционного метода очистки относятся: возможность удаления загрязнений чрезвычайно широкой природы практически до любой остаточной концентрации независимо от их химической устойчивости и управления процессом. В качестве сорбентов используются различные искусственные и природные пористые материалы, имеющие развитую или специфическую поверхность: золы, коксовая мелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные глины, пенополистирол и др. [2]. Однако в настоящее время наибольший интерес представляет разработка биофлокулянтов на основе микроорганизмов-деструкторов. Как известно, мутность – наиболее оперативный, чутко реагирующий на нарушения, показатель качества очистки. Любые, даже незначительные, неблагоприятные изменения в составе сточных вод и в технологическом режиме их очистки приводят к падению прозрачности очищенной воды. Мутность многих производственных сточных вод в значительной мере обусловле¬на присутствием в них грубодисперсных и коллоидных частиц. При отстаивании таких вод частицы оседают с различной скоростью в зависимости от их размеров, плотности, взаимодействия с дисперсной средой и т.д. Грубодисперсные частицы оседают довольно быстро, а коллоидные обладают практически нео¬граниченной кинетической устойчивостью, поэтому возникают значительные трудности осветления мутных вод [3]. Цель работы – исследование действия синтетических флокулянтов фирмы NALCO и биофлокулянта, а также их совместного действия.
В качестве биофлокулянта использовали КЖ микроорганизма рода Streptomycetes Streptomyces chromogenes s.g. 0832, полученного из музейной коллекции микроорганизмов кафедры микробиологии и биохимии Воронежской государственной технологической академии (ВГТА). Культуру актиномицета выращивали на стандартной питательной среде Чапека с крахмалом, приготовленной по рекомендованной технологии и жидкой питательной среде с соевой мукой, следующего состава (масс. %): крахмал – 5,0; соевая мука – 1,5; ZnSО4 – 0,02; FeSO4 – 0,01; CaCO3 – 0,4; K2HPO4 – 0,08 [4]. Культивирование штамма проводили в качалочных колбах объемом 750 см3 со 100 см3 жидкой питательной среды, при 28±2 °С и постоянном шуттелировании со скоростью вращения 230 об./мин. Протеолитическую активность определяли по модифицированному методу Ансона с применением субстрата казеината натрия [5]. За единицу протеолитической активности принимали такое количество фермента, которое за 1 мин при 30 ºС катализировало переход в неосаждаемые трихлоруксусной кислотой продукты гидролиза казеината натрия в количестве, соответствующем 1 ммолю тирозина (1 ммоль тирозина соответствует 0,181 мг аминокислоты). Кинетику выпадения грубодисперсных веществ определяли в цилиндре Лисенко объемом 100 см3 с делениями на 1 см3. Наполняли цилиндр до метки исследуемой сточной водой, тщательно перемешивали и через 1…2 ч отмечали объем выпавшего осадка. Результат выражали в процентах к объему сточной воды и в миллилитрах на 1 л жидкости. Величину рН определяли потенциометрически на рН-метре pH-150 ML. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Эффективность флокулирующего действия D при внесении КЖ микроорганизма Str. chromogenes s.g. 0832 в сточную воду оценивали, определяя оптическую плотность стока после флокуляции в течение 1 ч на ФЭК КФК-2 при 540 нм в расчете на оптическую плотность исходного стока по формуле
где n0 – оптическая плотность исходного стока, определенная фотометрически; n – оптическая плотность осветленного стока. Исходные показатели сточной воды перед проведением эксперимента составили: pH 6,63±0,09; мутность 0,39±0,02 мг/дм3; химическое поглощение кислорода (ХПК) 184,3±8,1 мг О2/дм3; содержание общего железа 0,43±0,03 мг/дм3. При оценке влияния исследуемых флокулянтов на процесс осветления мутных вод предполагалось, что осаждение взвешенных частиц и изменение мутности воды в присутствии катионного коагулянта Nalco CWL-41 и КЖ актиномицета будут происходить с различной степенью интенсивности. В связи с этим определяли оптимальное время отстаивания объекта сточной воды мясокомбината с момента внесения КЖ актиномицета и соответствующего коагулянта. На рисунке приведена зависимость оптической плотности сточной воды при использовании КЖ актиномицета в соотношении 1:30 к объему стока, катионного коагулянта Nalco CWL-41 с массовой долей 0,03 % (ранее определенные оптимальные соотношения) и их совместного применения за 24 ч отстаивания. Анализ приведенной зависимости показывает, что существенное падение показателя мутности во всех вариантах происходит уже в первые 10…15 мин с момента начала флокуляции, однако оптимальное время отстаивания составляет 2 ч. Для флокуляционных процессов характерна быстрота образования агрегатов при введении сравнительно небольших доз полимеров. Следовательно, характерно, что в течение первых 10 мин отстаивания оптическая плотность D в случае использования коагулянта Nalco CWL-41 составила 0,15; что на 34,5 % меньше чем в случае использования КЖ актиномицета. Однако наибольший эффект снижения оптической плотности достигнут в случае совместного использования полимерного коагулянта и биофлокулянта, оптическая плотность отстоя при котором составила 0,14. При увеличении времени отстаивания до 2 ч эффективность действия биофлокулянта составляет 51,8 % и достигает уровня значений, соответствующих применению катионного коагулянта. Однако эффект осветления максимален через 24 ч при применении Nalco CWL-41, но учитывая то, что в условиях промышленного применения время отстаивания занимает в среднем 1,5…2 ч, эти данные не являются решающими при оценке сравнительного действия. Важно отметить, что наибольшая эффективность очистки раствора сточной воды в случае с использованием микроорганизма проявлялась при внесении КЖ после двух суток культивирования актиномицета, что коррелирует с максимальной протеолитической активностью (473,6 ед./см3). По всей видимости, активные протеазы, содержащиеся в культуральной жидкости актиномицета, способствуют деструкции белковых веществ сточных вод. Для характеристики работы сооружений механической очистки большое значение также имеет количество оседающих веществ, т.е. выпадающих в осадок за два часа отстаивания в лабораторном цилиндре. Таким образом, количество оседающих веществ – это теоретически возможный предел эффективности отстаивания взвеси в условиях первичных отстойников в случае биологической очистки сточных вод. Для нормальной работы первичных отстойников объем осадка должен составлять 10…25 % от общего объема стока. Опираясь на изложенное, и то, что совместное присутствие взвешенных и коллоидных веществ регистрируется прозрачностью и мутностью, определяли влияние времени отстаивания на объем осадка и скорость осаждения хлопьев в процессе флокуляции в целях получения данных о содержании в воде загрязнений различного характера (табл. 1). Данные табл. 1 позволяют утверждать, что стадия первичной флокуляции проходит в течение первых 5…7 мин после внесения флокулянтов, о чем свидетельствует максимальная скорость седиментации флокул во всех трех случаях. Важно отметить, что объем осадка, в случае совместного использования полимерного коагулянта и биофлокулянта, через два часа отстаивания составил 26,92 %. Такой уровень образовавшегося осадка в условиях промышленного применения на станциях биологической очистки приводит к нарушению процесса осаждения в первичных отстойниках и изменению режима гравитационного отстаивания, а также выносу взвешенных веществ. При внесении КЖ актиномицета и Nalco CWL-41 объем осадка составил 19,64 и 16,15 % от общего объема стока соответственно, что говорит о незначительной эффективности совместного использования. Результаты исследования изменения мутности надосадочной жидкости при внесении флокулянтов во времени представлены в табл. 2. Выявлено, что изменение мутности сточной воды во времени прямо пропорционально изменению оптической плотности надосадочной жидкости. Показано, что совместное влияние КЖ актиномицета и катионного коагулянта максимально проявляется через два часа отстаивания. Увеличение времени отстаивания до 24 ч не давало положительных результатов. Снижение мутности стока связано с фиксацией флокулянтов на поверхности частиц дисперсной фазы сточной воды и как следствие образованием флокул, что согласуется с принятой теорией «мостикообразования». Согласно современным представлениям, причиной флокуляции является адсорбция макромолекул на нескольких твердых частицах и образование мостиков, связывающих частицы между собой. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
В связи с чем авторы полагают, что для этой цели могут служить, как ковалентные связи, так и физическая адсорбция. Так как, несмотря на различный эффект, оба процесса, как флокуляция, так и стабилизация имеют одну и ту же физическую природу и связаны с взаимодействием твердых частиц с макромолекулами коагулянта Nalco CWL-41 в одном случае и развитым мицелием актиномицета Str. chromogenes s.g. 0832 – в другом. Суммируя сказанное, отметим, что проведенными исследованиями выявлено: добавление в объем сточной воды КЖ микроорганизма Str. chromogenes s.g. 0832 в качестве биофлокулянта приводит к эффективному снижению мутности стока, он эффективен и по флокулирующей способности вполне конкурентоспособен синтетическим коагулянтам в частности Nalco CWL-41. Кроме того, если получение синтетических флокулянтов требует создания специального производства, что определяет их высокую стоимость, то использование КЖ актиномицета в качестве биофлокулянта целесообразно и перспективно.
Таблица 2
1. Шифрин С.М., Иванов Г.В., Мишуков Б.Г., Феофанов Ю.А. Очистка сточных вод мясной и молочной промышленности. М.: Легкая и пищевая промышленность. 1981. 2. Рухлядева А.П., Полыгалина Г.В. Методы определения активности гидролитических ферментов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. Контактный телефон: (4732) 55-55-57 E-mail: biochem@vgta.vrn.ru
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||