№ 10 (28). 2016 г. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АКТИВНОГО ИЛА В КАЧЕСТВЕ БИОФЛОКУЛЯНТА Тимакова Дарья Николаевна студент МГТУ им. Н.Э. Баумана, кафедра «Экология и промышленная безопасность» 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1 E-mail: timakovadn@gmail.com Ксенофонтов Борис Семенович д-р. техн. наук, профессор МГТУ им. Н.Э. Баумана 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1 E-mail: borisflot@mail.ru THE USING OF ACTIVATED SLUDGE AS A BIOFLOCCULANT Darya Timakova student of Bauman Moscow State Technical University, Department of Ecology and Industrial Safety, 105005, Russia, Moscow, Baumanskaya 2-ya St., 5/1 Boris Ksenofontov doctor of Engineering Sciences, Professor of Bauman Moscow State Technical University, 105005, Russia, Moscow, Baumanskaya 2-ya St., 5/1 АННОТАЦИЯ Одно из возможных направлений использования избыточного активного ила – это его применение в качестве биофлокулянта для интенсификации процессов осаждения загрязнений. В настоящей работе приведены данные исследований по применению активного ила в качестве биофлокулянта, в том числе при совместном использовании с синтетическим флокулянтом, а также определена оптимальная доза активного ила для модельного стока. ABSTRACT One of the possible directions of the using of excess activated sludge is application as a bioflocculant for intensification processes of sedimentation. Research data of using activated sludge as a bioflocculant (including combined using with synthetic flocculant) and determination of optimal dosage of activated sludge for the model flow are presented in this work. Ключевые слова: активный ил; полисахариды; биофлокулянт; обработка реагентами. Keywords: activated sludge; polysaccharides; bioflocculant; reagent treatment. _______________________________________________________________________________________________ Введение В процессах биологической очистки сточных вод образуется избыточное количество активного ила (отхода), которое необходимо удалять из системы очистки. На каждые 100 т растворенных в стоках органических веществ образуется 50 т избыточного активного ила. Необходимость применения отработанного активного ила в процессе очистки сточных вод обусловлена проблемой охраны окружающей среды и экономическими соображениями, также необходимо подчеркнуть природное происхождение компонентов данного сорбционного материала, а значит его безвредность. Активный ил – это активная биомасса микроорганизмов, простейших, бактерий, очищающая сточные воды в результате биохимического окисления. В состав активного ила входят полисахариды – высокомолекулярные вещества (молекулярный вес от 20000 до 1000000 и выше); полимеры, состоящие из одного или нескольких типов моносахаров (гомополисахариды и гетереполисахариды соответственно) [5, c. 389]. Это обязательные компоненты всех организмов. Полисахариды по способу локализации делятся на 3 группы: резервные внутриклеточные полисахариды, полисахариды клеточной стенки и внеклеточные полисахариды, которые содержатся в капсуле или слизистом слое, окружающем клетки микроорганизмов. В биоценозе активного ила полисахариды окружают бактериальные клетки, и, таким образом, на поверхности клеток микроорганизмов активного ила концентрируются загрязнения. Высокая адсорбционная способность активного ила обусловлена его развитой поверхностью – до 100 м2/г сухой массы [4, c. 57]. На этом основано одно из важнейших свойств активного ила – способность к флокулообразованию. В процентном соотношении активный ил в основном состоит из бактерий. Флокулообразующие № 10 (28). 2016 г. бактерии относятся к родам: Actinomyces, Aeromonas, Atcaligenes, Arthrobacter, Bacillus, Brevibacterium, Cellulomonas, Corynebacterium, Desulfotomaculum, Flavobacterium, Micrococcus, Mycobacterium, Nocardia, Pseudomonas, Sarcina и др. Наиболее многочисленны бактерии p. Pseudomonas – до 80% от численности бактерий активного ила. В образовании полисахаридов хлопьев активного ила и в способности к хлопьеобразованию основная роль принадлежит капсульной палочковидной бактерии Zoogloea ramigera, близкой по свойствам к псевдомонадам. В средах, бедных питательными веществами, а также в сточной воде Z. ramigera образует аморфные массы полисахарида, в которых находятся клетки этой бактерии [4, с. 58]. Этот род бактерий также способен окислять органические вещества, но его основная роль заключается в образовании полисахаридов. Z. ramigera обнаруживается также в сильно загрязненных пресноводных водоемах, где она образует взвешенные в воде хлопья или слизистые обрастания (зооглеи) на находящихся в воде предметах. Применение активного ила для флокуляции позволяет в ряде случаев снизить концентрацию взвешенных веществ в сточных водах на 60–70% и БПКполн на 15–25% [1, c. 52]. Результаты такого применения для интенсификации процессов очистки сточных вод при различных условиях представлены во многих работах [2, 3]. Таким образом, избыточный активный ил (в виде клеток микроорганизмов и их продуктов метаболизма), образующийся в огромных количествах (3.54.5 млн. т в год) после биологической очистки сточных вод, можно использовать в качестве биофлокулянта. Экспериментальная часть Целью исследований было определение оптимальных доз активного ила и флокулянта FLOPAM FO 4550 SH при его совместном использовании с активным илом для модельного стока. Наиболее точно доза флокулянта определяется для каждой конкретной воды экспериментально, путем пробной обработки этой воды различными дозами. По результатам такого исследования определяется оптимальная доза флокулянта. Под оптимальной дозой понимают наименьшую дозу реагентов, при которой достигается наилучший (требуемый) результат. С учетом вышеизложенного, были проведены исследования по использованию активного ила, а также по совместному использованию флокулянта и активного ила для интенсификации процесса очистки. Методика исследования эффективности реагентов включала традиционный подход с применением цилиндров с последующим отстаиванием в них исследуемой сточной воды с введенными реагентами. Продолжительность отстаивания составляла 30 мин. Определение оптимальной дозы активного ила В семь мерных цилиндров налили по 150 мл исходной воды мутностью 230 NTU (рис. 1). Рисунок 1. Исходный модельный сток В каждый из цилиндров ввели активный ил и для осуществления процесса флокуляции интенсивно перемешали. Количество активного ила для каждого цилиндра составило: для первого цилиндра – 10 мл; для второго – 20 мл; для третьего – 30 мл; для четвертого – 40 мл; для пятого – 50 мл; для шестого – 60 мл; для седьмого – 70 мл (на рисунке 1 слева направо). После добавления активного ила и его перемешивания в цилиндрах происходит процесс образования флокул. На рисунке 2 представлен модельный сток через 30 минут после отстаивания. В зависимости от интенсивности процесса осаждения загрязнений, определяется оптимальная доза активного ила. № 10 (28). 2016 г. Рисунок 2. Результаты опыта (t = 30 мин.) По истечении 30 минут были произведены измерения мутности воды из каждого цилиндра. Полученные данные приведены в таблице 1. Результаты опыта представлены на графике (рис. 3). Наблюдения показали, что в цилиндрах № 5, 6 и 7 была достигнута наибольшая прозрачность, чем в остальных цилиндрах. Так как при добавлении 60 и 70 мл активного ила мутность воды меняется незначительно, за оптимальную дозу принято количество активного ила в 50 мл. Таблица 1. Значение мутности воды в зависимости от количества активного ила № пробирки 1 2 3 Количество активного 10 20 30 ила, мл Мутность, 195 128 111 мг/л 4 5 6 7 40 50 60 70 96 52 42 38 Рисунок 3. Зависимость мутности от дозы активного ила Определение дозы флокулянта FLOPAM FO 4550 SH В пять мерных цилиндров налили по 150 мл исходной воды мутностью 230 NTU (рис. 4). В каждый из цилиндров ввели активный ил в количестве 50 мл и флокулянт FLOPAM FO 4550 SH и для осуществления процесса флокуляции интенсивно перемешали. Количество флокулянта FLOPAM FO 4550 SH для каждого цилиндра составило: для первого цилиндра – 0,5 мл; для второго – 1 мл; для третьего – 1,5 мл; для четвертого – 2 мл; для пятого – 2,5 мл (на рис. слева направо). По истечении 30 минут были произведены измерения мутности воды из каждого цилиндра. Результаты представлены на графике (рис. 5). Наилучший результат достигается при добавлении 2 и 2,5 мл флокулянта. Однако, так как оптимальная доза определяется из соотношения минимального объема реагента и допустимого качества очистки, доза в 2 мл принята за оптимальную. № 10 (28). 2016 г. Рисунок 4. Совместное использование флокулянта и активного ила Рисунок 5. Зависимость мутности от дозы флокулянта при использовании с активным илом Для установленных оптимальных доз реагентов были определены значения мутности модельного стока с интервалом в 5 минут. Кинетика процесса представлена на графике (рис. 6). На рисунке 7 представлены конечные значения мутности модельного стока через 30 минут. Из диаграммы видно, что наилучшие результаты достигаются при совместном использовании активного ила и флокулянта FLOPAM FO 4550 SH. Рисунок 6. Кинетика флокуляции № 10 (28). 2016 г. Рисунок 7. Сравнительная эффективность используемых реагентов Выводы При выполнении экспериментальных исследований были получены следующие результаты: 1. Определена оптимальная доза активного ила для модельного стока (50 мл АИ на 150 мл стоков) 2. Определена оптимальная доза синтетического флокулянта при совместном использовании с активным илом (2.5 мл 0.1% масс. на 150 мл стоков) 3. Определены дальнейшие пути интенсификации осветления сточных вод с использованием активного ила. Использование активного ила позволяет не только частично его использовать и утилизировать, но и сократить расход синтетического флокулянта, используемого для очистки сточных вод. Но следует учитывать, что ориентировочные дозы, определенные при пробных экспериментах требуют корректировки. Доза реагента в лабораторных условиях может отличаться от дозы реагента для реальных промышленных процессов. Список литературы: 1. Гвоздев В.Д., Ксенофонтов Б.С. Очистка производственных сточных вод и утилизация осадков. М.: Химия, 1988. 112 с. 2. Ксенофонтов Б.С. Использование компьютерной технологии для изучения процессов очистки сточных вод и их интенсификации // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия «Естественные науки». — 2015. — № 4. — C. 115–125. 3. Ксенофонтов Б.С. Использование микроорганизмов в качестве флокулян-тов для очистки сточных вод и осветления тонкодисперсных суспензий // Сантехника. — 2014. — №3. — С. 50–53. 4. Кузнецов А.Е. Прикладная экобиотехнология: учебное пособие: в 2 т. Т. 1. — 2-е изд. (эл.). — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. — 629 с. 5. Промышленная микробиология: Учеб. пособие для вузов по спец. «Микробиология» и «Биология» / З.А. Аркадьева [и др.]. — М.: Высшая школа, 1989. 688 с.
