Ксенофонтов Б. С., доктор технических наук, профессор Гончаренко Е.Е., кандидат химических наук, доцент Сеник Е.В., аспирант (Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ АКТИВНОГО ИЛА В КАЧЕСТВЕ ФЛОКУЛЯНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
В работе рассмотрены результаты исследований, проводимых на кафедре «Промышленная экология» МГТУ им. Н.Э. Баумана под руководством академика РЭА, д.т.н., профессора Б.С. Ксено-фонтова по применению реагентной коагуляции для удаления из сточных вод коллоидных растворов гидроксидов металлов, жиров, нефтепродуктов, тонких взвесей и др.
Для интенсификации процесса очистки изучено использование в качестве флокулянта микроорганизмов активного ила. Исследовано влияние концентрации активного ила на эффективность фло-куляции при различной концентрации загрязнений сточных вод. Показано, что при определенном рН и оптимальном режиме перемешивания активный ил является эффективным флокулянтом. Полученные данные имеют практическое значение, так как могут быть применены как возможный вариант утилизации активного ила, биомасса которого образуется в избытке при биохимической очистке воды.
Ключевые слова: водоочистка, микроорганизмы, экология, флокулянты, агрегативная устойчивость, активный ил, осветление тонкодисперсных суспензий.
THE USE OF MICROORGANISMS IN THE FORM OF ACTIVATED SILT AS FLOCCULANTS FOR WASTERWATER TREATMENT
The results of research conducted jointly with the Department of "Industrial ecology" Bauman Moscow State Technical University under the under the guidance of academician REA, Ph.D., Professor B.S. Ksenofontov. The work involves the use of coagulation reagent for removal of colloidal solutions of metal hydroxides, fat, oil, sediment and other.
To intensify the process of wastewater treatment in the work we studied the use as flocculants microorganisms of activated silt. The experimental data on the effect of concentrations of microorganisms on a rate of a deposition of the solid phase in wastewater and finely dispersed suspensions are shown. It is shown that the biomass of the microorganisms of the activated silt at a certain magnitude pH and optimal mixing mode is not only effective but also economical flocculants, as it allows you to recycle activated silt on the same wastewater treatment plants on which it is and formed.
Keywords: sewage treatment, flocculants, microorganisms, active silt, clarification of fine suspensions, ecology, aggregates stability.
Решение проблемы очистки сточных вод является одной из главных задач современной экологии. На практике для этих целей обычно используется реагентная коагуляция [2, 6, 7, 9] с использованием солей железа или алюминия. Для интенсификации процесса очистки неорганические коагулянты применяются в сочетании с синтетическими фло-кулянтами. В качестве флокулянтов используются линейные водорастворимые полимеры с высокой молекулярной массой, несущие полярные группы на обоих концах цепи: поливинилстирол, полиакриламид, полиоксиэтилен и т.д. Молекула полимера двумя концами присоединяется к двум разным частицам дисперсной фазы, скрепляя их полимерными мостиками. Образуются флокулы - агрегаты частиц, размеры которых во мно-
го раз превышают размеры частиц дисперсной фазы, что приводит к резкому увеличению скорости осаждения [3, 4, 9, 15].
Однако использование малых концентраций синтетических полимеров для очистки сточных вод и осветления тонкодисперсных суспензий не всегда эффективно. Увеличение количества реагентов для интенсификации процесса приводит к повышению затрат. В связи с этим в настоящее время предпринимаются попытки применения отходов различных производств для интенсификации процесса очистки.
Особый интерес представляет использование микроорганизмов избыточного активного ила, образующегося при биохимической очистке сточных вод [4, 5, 8, 10]. В процессе биологической очистки масса активного ила возрастает, образуется ее избыток, который необходимо утилизировать.
Как показывают исследования [1], активный ил окисляет органические загрязнения, что важно для его утилизации. Кроме того известно, что на поверхности микроорганизмов активного ила имеется клейкое вещество - экзополисахариды (внеклеточные полисахариды). с увеличением количества которых эффект образования агрегатов выше [1,3-5]. Это приводит к быстрому выпадению частиц загрязнений в осадок.
В связи с этим в данной работе изучено применение активного ила в качестве био-флокулянта что явилось бы одним из перспективных методов его утилизации.
В качестве модельного стока нами использовалась суспензия флотоконцентрата фосфорита класса 0,074 - 0,040 мм, являющаяся продуктом флотационного обогащения фосфоритовой руды (флотоконцентрата) и содержащая в качестве загрязнений фосфорсодержащие частицы. Содержание твердой фазы в суспензии составляло 15%. Результаты экспериментальных исследований по влиянию расхода микроорганизмов активного ила на скорость осаждения твердой фазы представлены на рис.1.
I] [кг т]
1,6
1А
1,2 1
0,5
0,6
0,4
о,;
Рис. 1. Влияние концентрации активного ила на скорость осаждения твердой фазы в суспензии
П - расход микроорганизмов активного ила (кг • т 1 )
V - скорость осаждения твердой фазы (м • час -1)
Как следует из рисунка, скорость осаждения увеличивается с увеличением концентрации микроорганизмов в суспензии.
Для изучения влияния концентрации активного ила на эффективность флокуляции, были проведены опыты по определению оптической плотности модельного стока с твердой фазой класса - 0,074 мм в зависимости от концентрации микроорганизмов. Результаты измерений приведены на рис.2, где кривые 1 соответствуют концентрации загрязнений 500 мг/л, 2 - 1000 мг/л, 3 - 1500 мг/л.
Рис.2. Влияние концентрации активного ила на эффективность флокуляции
Анализ данных показывает, что максимальный эффект флокуляции, оцениваемый по минимальной величине оптической плотности, достигается уже при концентрациях микроорганизмов активного ила 100 - 150 мг/ л. Это свидетельствует о его высокой флоккулирующей способности
Так как обработка суспензии микроорганизмами в значительной степени зависит от условий оптимального контактирования, были проведены опыты по изучению влияния интенсивности перемешивания на мутность слива суспензии, характеризуемую концентрацией твердой фазы (мг/л). Содержание твердой фазы в исходной суспензии было постоянным и составляло 15%. Опыты проводились при комнатной температуре. Суспензия с микроорганизмами активного ила (при расходе микроорганизмов 180 мг/л) перемешивалась в аппарате с пропеллерной мешалкой. Градиент скорости определялся по методике [9]. Мутность слива измерялась после осаждения твердой фазы. Результаты экспериментальных исследований представлены на рис. 3.
Рис. 3. Влияние интенсивности перемешивания на мутность слива фосфоритовой суспензии
флотоконцентрата
Как следует из рис.3, существует оптимальное значение градиента скорости, при которой мутность слива суспензии минимальна. Эти результаты можно рассмотреть, используя известные положения градиентной коагуляции, играющей основную роль при
хлопьеобразовании в тонкодисперсных суспензиях [9]. Процесс градиентной коагуляции в общем виде описывается уравнением (1):
тс = ла ехр з £„ ¿гт)
(1)
где п - концентрация частиц твердой фазы суспензии по истечении времени т п0 - начальная концентрация частиц твердой фазы суспензии С0 - объемная концентрация микроорганизмов активного ила, О - градиент скорости
¥ - коэффициент, характеризующий эффективность столкновений частиц (в зависимости от условий коагуляции изменяется от 0 до 1).
Градиент скорости использовании аппаратов с мешалками рассчитывается по уравнению (3):
где М - начальная мощность, затрачиваемая на перемешивание у - частота вращения мешалки; ^ - динамическая вязкость суспензии V - перемешиваемый объем
Уравнение (2), описывающее процесс хлопьеобразования, не учитывает разрушения хлопьев за счет больших градиентов скорости, возникающих при перемешивании. Однако в работе показано, что существование оптимальных значений градиента скорости (рис.4) указывает на необходимость учета этого явления, а известные в литературе модификации уравнения (1) не отражают в полной мере все особенности данного процесса.
Важно отметить, что градиент скорости при перемешивании осветляемой суспензии с активным илом, по нашим данным не должен превышать значений 90 - 100 с-1.
На практике при использовании активного ила в качестве флокулянта большую роль играет его предварительное уплотнение. Это связано с тем, что сгущенный осадок имеет меньший объем, что существенно при его транспортировке. Известно, что одним из наиболее простых и эффективных способов уплотнения активного ила перед его использованием является напорная флотация [8,11-14]. При этом флотируемость активного ила зависит от ряда факторов, в том числе и условий его культивирования. При значительном накоплении в хлопьях активного ила хорошо растворимых газов, таких как углекислый газ, аммиак, активный ил склонен к самофлотируемости. Образующийся при этом пенный слой является рыхлым с небольшой концентрацией активного ила. Проведенные ранее исследования [8] показали, что одним из наиболее эффективных способов интенсификации процесса уплотнения активного ила является его подкисле-ние. Исследование механизма напорной флотации активного ила с его предварительным подкислением показало, что при снижении рН до 1,5 - 2,0 резко уменьшается растворимость углекислого газа и он выделяется из жидкой фазы, в том числе и из хлопьев активного ила. При этом хлопья активного ила после выхода из них углекислого газа становятся компактными и проведение последующей напорной флотации приводит к образованию плотного пенного слоя. На рис.4 и рис.5 приведены данные о влиянии рН на флотационное уплотнение активного ила а также о влиянии рН на эффективность осветления суспензии фосфоритового концентрата класса - 0,074 мм с исходной концентрацией твердой фазы 5 %.
С [г/л]
6,9 4 2 1,5 1 РН
Рис.4. Влияние рН на концентрацию активного ила
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.