У процесі дослідно-промислових випробувань реагенту VTA Biokat P500 на біологічних очисних спорудах каналізації м Чистополя, Республіки Татарстан, проведена оцінка його впливу на мікробне співтовариство активного мулу. Показано, що тривале перебування реагенту в системі аеротенках не робить негативного впливу на перебіг біологічних процесів, пов'язаних з ферментативним перетворенням компонентів стічних вод, а також мікробних диханням.

Анотація наукової статті з екологічних біотехнологій, автор наукової роботи - Кобелєва Й.В., Кириліна Т.В., Нізамова А.А., Лісюкова Ю.В., Каблова М.А.


During pilot testing of reagent VTA BIOKAT P500 on biological wastewater treatment plants of Chistopol, Republic of Tatarstan, its impact on the microbial community of activated sludge was analyzed. It was shown that prolonged using of reagent VTA BIOKAT P500 in the system of airtank had no negative impaction on the biological processes associated with the enzymatic conversion and respiration.


Область наук:

  • екологічні біотехнології

  • Рік видавництва: 2014


    Журнал: Вісник Казанського технологічного університету


    Наукова стаття на тему 'Аналіз стану активного мулу в процесі дослідно-промислових випробувань реагенту VTA Biokat P500 для очищення стічних вод від сполук фосфору'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз стану активного мулу в процесі дослідно-промислових випробувань реагенту VTA Biokat P500 для очищення стічних вод від сполук фосфору»

    ?УДК 628.3

    Й. В. Кобелєва, Т. В. Кириліна, А. А. Нізамова,

    Ю. В. Лісюкова, М. А. Каблова, І. Р. Бурнашева, А. С. Сироткін

    АНАЛІЗ СТАНУ АКТИВНОГО ИЛА В ПРОЦЕСІ

    ДОСЛІДНО-ПРОМИСЛОВИХ ВИПРОБУВАНЬ реагентів VTA BIOKAT P500

    ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД ВІД СПОЛУК ФОСФОРУ

    Ключові слова: очистка стічних вод, реагент VTA BIOKATP500, активний мул, дефосфотація, седиментація.

    У процесі дослідно-промислових випробувань реагенту VTA BIOKAT P500 на біологічних очисних спорудах каналізації м Чистополя, Республіки Татарстан, проведена оцінка його впливу на мікробне співтовариство активного мулу. Показано, що тривале перебування реагенту в системі аеротенках не робить негативного впливу на перебіг біологічних процесів, пов'язаних з ферментативним перетворенням компонентів стічних вод, а також мікробних диханням.

    Keywords: wastewater treatment, reagent VTA BIOKATP500, activated sludge, phosphate elimination, sedimentation.

    During pilot testing of reagent VTA BIOKAT P500 on biological wastewater treatment plants of Chistopol, Republic of Tatarstan, its impact on the microbial community of activated sludge was analyzed. It was shown that prolonged using of reagent VTA BIOKAT P500 in the system of airtank had no negative impaction on the biological processes associated with the enzymatic conversion and respiration.

    Вступ

    Відомо, що біологічна очистка є неефективною для глибокого видалення фосфатів зі стічних вод [1,3], в результаті чого вміст фосфору в очищених стічних водах досягає значних величин і перевищує встановлені норми для їх регламентованого скидання у водойми.

    У комунально-побутові стічні води фосфор може потрапляти двома шляхами: через використання в складі миючих засобів і як продукт метаболізму фосфору в організмі людини.

    Фосфор є найважливішим біогенним елементом для розвитку мікроорганізмів в очисних спорудах внаслідок його участі в інформаційних і енергетичних процесах клітини. Вміст фосфору в складі сухої біомаси - близько 1,5% [1,3].

    В аеробних умовах поліфосфати (ПФ) накопичуються різними організмами активного мулу і биопленок. До накопичення поліфосфатів здатні широко поширені в складі мікробіоценозів очисних споруд бактерії p.p. Pseudomonas, Bacillus, Aerobacter, Beggiatoa, Escherichia, Aeromonas, Zoogloea, Acinetobacter, Acetobacter, Rhodocyclus, Nocardia, Citrobacter [1,3,4,]. Крім того, деякі нитрифицирующие бактерії мають здатність до утворення поліфосфатів.

    В технології повної біологічної очистки стічних вод з подальшою нітрифікація зазвичай за рахунок споживання фосфатів бактеріями в аеротенках видаляється не більше 10-30% розчинених форм фосфору [4,3]. Причина такої невисокої ефективності біодефосфотаціі на традиційних біологічних очисних спорудах на базі аеро-Тенков полягає в послідовній зміні аеробного ступені власне в аеротенках відділенням мік-

    робном біомаси активного мулу в анаеробних умовах вторинних відстійників.

    Для ефективного видалення фосфору із стічних вод традиційно використовують їх реагент-ву обробку [5], послідовно доповнює біологічну очистку, реалізовану до або після неї. В якості реагентів використовуються коагулянти, наприклад, Al2 (SO4) 3, Fe (Cl) 2, а також флокулянти, такі як поліакриламід [6].

    На відміну від традиційної послідовної фізико-хімічної і біологічної обробки стічних вод реагент VTA Biokat P500 передбачає його внесення безпосередньо в біологічну систему (активний мул) для отримання максимального ефекту від його використання.

    Завдання дослідження

    Компоненти реагенту VTA Biokat P500 є традиційними як коагулянти і флокку-лянти, однак, спосіб приготування деяких з них, таких як сполуки заліза, в формі наночь-стіц ферромагнетіта, а також співвідношення між реагентами в робочому розчині є оригінальними.

    З результатів попередніх лабораторних досліджень реагентів компанії VTA Austria GmbH для біологічних очисних споруд каналізації (Боско) м Чистополь в квітня 2013 року було відзначено, що при застосуванні реагенту VTA Biokat P500 на Боско слід очікувати:

    - досягнення і підтримка нормативного вмісту фосфатів в очищеній воді (не більше 1 мг / л);

    - поліпшення експлуатаційних властивостей активного мулу: його стійкої седиментації і зниження мулового індексу;

    - в результаті тривалого внесення реагенту - поліпшення інших характеристик системи очищення.

    Таким чином, реагент VTA Biokat P500 є системним продуктом, що забезпечує поліпшення комплексу показників очищення.

    На підставі результатів, отриманих в лабораторному масштабі, було вирішено провести дослідно-промислові випробування на Боско м Чистополь з оцінкою ефективності застосування реагенту VTA Biokat P500 для очищення стічних вод і акцентованим дослідженням впливу реагенту на мікробіоценоз активного мулу.

    Таким чином, метою справжніх досліджень була оцінка ефективності біологічних процесів очищення стічних вод за результатами дослідження мікробіоценозу активного мулу в присутності реагенту в середовищі.

    Результати та обговорення

    Дослідно-промислові випробування були проведені в період з 07.10.2013 по 28.11.2013 і зайняли 52 діб. Аналіз стану активного мулу проводився систематично 1-2 рази в тиждень на повний період випробувань, а також протягом кількох наступних тижнів.

    Витрата робочого розчину реагенту VTA Biokat P500 становив від 3 до 8 дм3 / год (в середньому 5 дм3 / ч) з його дозуванням безпосередньо в досвідчений аеротенк однієї з чотирьох незалежних черг очищення. Витрата стічних вод в кожну чергу становив в середньому 104 м3 / год (~ 2500 м3 / добу); таким чином, питома витрата реагенту становив від 0,000029 до 0,000077 м3 / м3 стічної води. Інша чергу системи очищення була контрольною і використовувалася для порівняння з досвідченою.

    Аналіз ефективності біологічних процесів здійснювався за такими показниками:

    1. Стан мулових пластівців і індикаторних найпростіших за результатами мікроскопірова-ня;

    2. Концентрація активного мулу (суху речовину мулу);

    2. Зольність активного мулу;

    3. Фосфор в активному мулі;

    4. Ферментативна (дегідрогеназну) активність;

    5. Респіраторна (дихальна) активність.

    За результатами мікроскопічної зйомки

    було показано, що пластівці активного мулу з реагентом є морфологічно більші агреговані освіти (рис.1).

    1L "*

    ч

    Наслідком ефективного агрегування пластівців активного мулу в присутності реагенту VTA Biokat P500 було поліпшення найважливішого технологічного параметра - швидкості їх осадження (седиментації), що дозволяє швидше відокремлювати активний мул від очищеної води і, в підсумку, визначає продуктивність процесу очищення. При цьому за перші 48 годин контакту з реагентом досягається підвищення швидкості седиментації активного мулу до 33,5%. (Рис.2)

    а б

    Мал. 1 - Типова морфологічна картина пластівців активного мулу: (а) досвід; (Б) контроль (збільшення Х600)

    Мал. 2 - Седиментація активного мулу

    У порівнянні з осадженням активного мулу з контрольної лінії показано дворазове прискорення осадження активного мулу з досвідченою лінії по витікання 9 діб від початку дозування реагенту.

    Безумовною перевагою застосування реагенту VTA Biokat P500 було зниження розвитку нитчастих бактерій на поверхні пластівців і висновок їх в структуру агрегатів. Ця обставина також сприяє ефективному осадженню активного мулу у вторинних відстійниках системи очищення.

    Мікробіоценоз як контрольної, так і дослідної ліній очищення характеризувався різноманітністю простих, черв'яків і багатоклітинних, є індикаторними організмами: інфузорії, хробаками, коловертками і ін.

    Слід зазначити деяке зниження різноманітності індикаторних організмів, зокрема, по інфузоріям в перший тиждень від початку дозування реагенту, що було природною відповіддю мікробіоценозу на поява сторонньої речовини в середовищі. Проте, по витікання 10-12 діб внаслідок адаптації мікробне різноманіття відновилося, і подальше накопичення реагенту в системі не надавало будь-якого негативного впливу на мікробіоценоз.

    Концентрація активного мулу по сухій речовині свідчить про деяке його «тяжких» через зв'язування з реагентом, а також зваженими речовинами та іншими домішками, вилучаються з води. Збільшення концентрації також свідчить про підвищення щільності мулових пластівців.

    Зольність зразків активного мулу визначалася для оцінки накопичення в його складі неорганічних складової внаслідок зв'язування з реагентом VTA Biokat P500, а також фосфатів і інших неорганічних компонентів стічної води. Зольність зразків активного мулу для досвідченої і

    контрольної ліній очищення порівнянна і склала в досвіді від 35 до 38%, в контролі від 32 до 37%.

    Внесок реагенту в збільшення зольності виявився незначним, ймовірно, через незначної кількості мінеральних компонентів поліалюмінія гідроксихлорида і хлориду заліза (II) в його складі, а також з урахуванням висновку надлишкового активного мулу в кількості 10-20%. Інші компоненти, які добуваються реагентом з води в пластівці активного мулу, такі як фосфати і нітрити, можуть піддаватися біологічної трансформації з метою енергетичного і конструктивного обміну в клітинах, а не накопичуватися у вигляді баластних зольних компонентів.

    Крім того, зольність активного мулу - один з найважливіших непрямих показників оцінки його біологічної активності; значення зольності має мінімізуватися, а в деяких випадках її значення нормується, тобто воно не повинно перевищувати нормативних значень.

    Витяг фосфору, накопиченого з фосфатами в активному мулі, проводилося методом екстракції соляною кислотою по Кірсанова. Визначення кількості фосфору по вказаній методиці враховує його рухливі з'єднання в перерахунку на Р2О5.

    Показано, що фосфор накопичується в дослідному активному мулі в кількості в середньому в 2 рази більшому, ніж в контрольному мулі (табл. 1).

    Таблиця 1 - Вміст фосфору в активному мулі (в перерахунку на Р2О5), мг / дм3 екстрагента

    Дата / час, діб Досвід Контроль

    2.10 / 0 - -

    18.10 / 11 14,4 9,9

    21.10 / 14 13,5 6,3

    22.10 / 15 18,1 10,9

    25.10 / 18 18,1 3,6

    28.10 / 21 18,1 6,8

    1.11 / 25 18,0 5,8

    15.11 / 39 18,8 9,8

    21.11 / 45 19,9 12,4

    25.11 / 49 19,2 10,0

    28.11 / 52 19,2 11,7

    6.12./60 20,8 8,3

    16.12 19,2 9,0

    При досягненні певної рівноваги, що визначається, з одного боку, його змістом в середовищі, і біотрансформації, з іншого боку, подальшого збільшення його кількості в активному мулі не було відзначено на протязі всього часу експерименту.

    Більш того, після закінчення дозування реагенту через 2,5 тижні не було відзначено змін в накопиченні фосфору в зразках активного і досвідченого мулі. Це може бути пов'язано з різними процесами біотрансформації поліфосфатів, накопичених в клітинах досвідченого мулу і вивільненні фосфатів, і вимагає подальших досліджень.

    Далі, активність ферментів - дегідроге-зв, що беруть участь у великій кількості окислювально-відновних перетворень забруднюючих речовин - домішок стічної води є питомою величиною, що представляє собою відношення кількості продукту перетворення (формаза-на) до кількості сухої речовини активного мулу.

    Оскільки в масі сухої речовини присутні не тільки мікробні клітини і їх ферменти, активність яких власне тут оцінюється, і не представляється можливим визначити кількість ферментативно неактивної речовини в складі мулу, дані результати є оціночними. Так, зрозуміло, що кількість сухої речовини досвідченого активного мулу значно більше, що слід враховувати в оцінці величин ферментативної активності.

    Проте, навіть з урахуванням наведених зауважень було експериментально показано, що ферментативна активність досвідченого і контрольного активного мулу є порівнянною величиною, перш за все, після закінчення періоду тривалістю 2,5 тижні від початку експерименту, пов'язаного, ймовірно, з адаптацією мікроорганізмів до присутності реагенту в системі.

    Дихальна активність досвідченого і контрольного активного мулу також можна порівняти, що корелює з результатами визначення ферментативної активності.

    В даний час проводяться додаткові експериментальні дослідження, спрямовані на оцінку накопичення фосфору в біомасі активного мулу при різних умовах культивування. Поряд з оцінкою стану активного мулу контролюється ефективність процесів біотрансформації основних забруднюючих компонентів в умовах впливу реагенту VTA Biokat P500.

    висновок

    В результаті проведених дослідно-промислових випробувань реагенту VTA Biokat P500 на Боско м Чистополь з оцінкою біологічних процесів очищення стічних вод показано наступне:

    1. Зареєстровано значне збільшення ефективності видалення компонентів стічних вод із забезпеченням їх нормативного змісту в очищеній воді:

    - зважених речовин більш ніж в 4 рази;

    - загального вмісту фосфатів більш ніж в

    10 раз;

    - нітритів більш ніж в 4 рази.

    2. Експериментально доведено, що тривала присутність (більше 50 діб) і накопичення реагенту в системі біологічного очищення при безпосередньому його внесення в аеротенк з метою видалення фосфатів і інших компонентів стічних вод, не робить негативного впливу на перебіг біологічних процесів, пов'язаних з ферментативним перетворенням і диханням.

    3. Підтверджено функція реагенту як фло-кулянта-коагулянту мулових пластівців з утворенням щільних компактних флоккуламі активного мулу, що

    забезпечує його чудові експлуатаційні властивості: седиментацію і зниження зважених речовин.

    4. Результати мікроскопічного аналізу зразків активного мулу підтверджують вищенаведені висновки.

    5. Очевидний дослідницький інтерес представляють такі питання застосування реагенту VTA Biokat P500 і інших продуктів компанії як зниження енерговитрат на аерацію, кількісна оцінка биоаккумуляции і біотрансформації фосфору в активному мулі.

    література

    1. Жмур Н.С. Технологічні та біохімічні процеси очищення стічних вод на спорудах з аеротенках. М .: Акварос, 2003. 512 с.

    2. Кузнєцов А.Е., Градова. Н.Б. Наукові основи Екобіо-технології: навч. посібник: у 2 т. Т.1.М .: БИНОМ. Лабораторія знань, 2010. 629 с.

    3. Nielsen P.H. Daims H., Lemmer H., FISH Handbook for Biological Wastewater Treatment. Identification and quantification of microorganisms in activated sludge and biofilms by FISH. London: IWA Publishing, 2009. 123 p.

    4. Терентьєв В.І. Павловець Н.М. Біотехнологія очищення води. У 2-х ч. Ч. 1.СПб .: Гуманістики, 2003. 272 ​​с.

    5. Рощина О.С., Павлова Т.П., Хаматгалімова А.Р., Фрід-ланд С.В., Вісник казанського технологічного університету. 16,17, 178-181 (2013).

    6. Павлова Т.П., Галанцева Л.Ф., Фридланд С.В. Вісник казанського технологічного університету, 18,134-136. (2011).

    © Й. В. Кобелєва - асп. каф. промислової біотехнології КНІТУ, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. Т. В. Кириліна - к.т.н., ас. тієї ж кафедри, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.; А. А. Нізамова - студент тієї ж кафедри; Ю. В. Лісюкова - студент тієї ж кафедри; М. А. Каблова - студент тієї ж кафедри; І. Р. Бурнашева - студент тієї ж кафедри; А. С. Сироткін - д.т.н., проф., Зав. каф. промислової біотехнології КНІТУ, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..


    Ключові слова: ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД /WASTEWATER TREATMENT /РЕАГЕНТ VTA BIOKAT P500 /REAGENT VTA BIOKAT P500 /АКТИВНИЙ ІЛ /ACTIVATED SLUDGE /ДЕФОСФОТАЦІЯ /седиментацію /SEDIMENTATION /PHOSPHATE ELIMINATION

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити