Очищення стічної води з використанням процесу Anammox

Характеристика загальної проблеми. В результаті розвитку промислових технологій та зростання міст загострюється вплив антропогенного навантаження на гідросферу. Одними із основних забрудників виступають сполуки азоту, які містяться у промислових та побутових стічних водах у вигляді сполук амонію, нітритів та нітратів. Потрапляючи у поверхневі водойми вони спричиняють бурхливий розвиток рослин та збільшення чисельності зоопланктону. Як наслідок, відбувається евтрофікація, різко знижується кількість кисню та прозорість води, глибина проникнення сонячних променів зменшується, що призводить до загибелі флори й фауни водойми.

Вищенаведені факти пояснюють підвищені вимоги до забезпечення видалення біогенних елементів зі стічної води і жорсткі норми, встановлені на вміст біогенних елементів у стічній воді, яка скидається у водойми як в Україні, так і в інших країнах (табл. 1) [1].

Таблиця 1 – ГДК сполук азоту у водоймах


Сполуки азоту

ГДК у воді водойми, мг/л

господарсько-побутового
призначення

рибогосподарського призначення

N-NH4+

2,0

0,5

N-NО2-

3,3

0,08

N-NО3-

45,0

40,0

У процесі біодеструкції органічних речовин на очисних станціях виникає трансформація форм азоту, а також їх асиміляція мікроорганізмами, якщо не застосовувати певні біологічні методи очистки. Застосовані технічні рішення для біологічного очищення стічних вод не забезпечують ефективного видалення сполук азоту до потрібної гранично-допустимої концентрації для скиду у водойми (табл. 2). Тому актуальним є пошук нових ефективних методів очищення стічних вод саме від сполук азоту [1].

Таблиця 2 – Вміст сполук азоту у стічних водах


Сполуки азоту

На вході на міську очисну станцію, мг/л

На виході з міської очисної станції, мг/л

N-NH4+

18,0-25,0

1,0 - 52,0 (частіше до 10)

N-NО2-

Відсутні (якщо немає
промислових скидів);
NO2- +NO3-<1,0

0,01 -1,4

N-NО3-

0,54-44,2

Такими методами є процеси біологічного очищення стічних вод, які залишаються найбільш економічними та екологічними. Основою біологічного очищення стічних вод є аеробна і / або анаеробна деградація і мінералізація органічних речовин мікроорганізмами [2].
В даний час велику увагу привертає процес анаеробного окислення амонію нітритом з утворенням молекулярного азоту, можливість якого була доведена термодинамічними розрахунками трохи більше 30 років тому [3]. Теоретично передбачений процес отримав експериментальне підтвердження тільки в 90-х роках 20-го століття і отримав назву ANAMMOX процес (ANAMMOX – AnaerobicAMMoniumOXidation) [4].
На даний момент встановлено, що з світового океану в результаті анаеробного окислення амонію за участю ANAMMOX-бактерій видаляється до 60 % зв’язаного азоту [5].
Відкриття процесу ANAMMOX призвело до перегляду біологічного циклу азоту в біосфері, рис.1. [6]. Перспективним є застосування процесу ANAMMOX для очищення стоків з високим вмістом амонію [7].


Рис.1. Біологічний цикл азоту в біосфері

Зараз відомо як мінімум три види бактерій, що забезпечують ANAMMOX процес: Brocadia, Kuenenia і Scalindua. Перші два знайдені в стічних вод, третій, Scalindua, був знайдений в морських екосистемах, як наприклад, в Чорному морі. Найбільш придатними для ANAMMOX-процесу є стічні води,що містять у собі сукупність різних речовин, які є живильним субстратом для вищезазначених бактерій. Бактерії, що здійснюють процес, є автотрофами [7].
Саме цей найновіший метод став основою наших досліджень. Він використовується для випадку високих концентрацій сполук амонію (>0,2г/дм3). Загальне рівняння процесу ANAMMOX має наступний вигляд (рівняння 1):

NH4+ + NO2- → N2 + 2H2O.                                                                  (1)

Розглядаючи масовий баланс залишків для різних збагачених культур ANAMMOX загальна стехіометрична реакція наведена нижче (рівняння 2):

NH4+ + 1.32NO2− + 0.066HCO3− + 0.13H+→1.02N2 + 0.26NO3− +0.066CH2O0.5N0.15+2.03H2O.         (2)

Задача, що розглядається. Нами із використанням мікробіологічних культур, люб’язно наданих Королівським технологічним університетом Стокгольм), проводились дослідження ефективності процесу ANAMMOX для очищення стоків від амонійного азоту.
Характеристика методу розв’язання задачі. Для нормального проходження процесу ANAMMOX використовувалось штучно створене водне середовище з такими концентраціями речовин, що виступали джерелом іонів амонію та нітриту: Na2HPO4 – 59 мг/л; NaNO2 – 100 мг/л; NH4Cl – 70 мг/л; NaHCO3 = 714 мг/л; KCl = 373 мг/л;1 мл/л розчину мікроелементів з наступним вмістом речовинв г/л: трилон Б – 19.1, ZnSO4·7H2O – 0.43, CoCl2·6H2O–0.24, MnCl2·4H2O – 0.99, CuSO4·5H2O – 0.25, NaMoO4·2H2O – 0.22, NiNO3·6H2O – 0.18, Na2SeO3·10H2O – 0.098, H3BO4 – 0.014.рН середовища, яке досліджувалось підтримувалось в межах 7,5 – 8,0. Температура колони з мікроорганізмами була в межах 26– 30 °С.
Проби відбирались з періодичність 3 рази на тиждень на вході та на виході з колони. Після відбору вони аналізувались на вміст іонів амонію та нітриту за такими методиками.
Методика визначення іонів амонію: у мірну 50 см3 колбу вносять необхідний об’єм проби і доводять дистильованою водою до позначки. До приготованого розчину добавляють 1,0 см3 розчину сегнетової солі, 1,0 см3 реактиву Неслера і перемішують. Через 10 хв. вимірюють світлопоглинання.
Методика визначення нітрит-іонів: у мірну 50 см3 колбу вносять необхідний об’єм проби і доводять дистильованою водою до 45 см3. До отриманого розчину додають 2 см3 реактиву Грісса доводять дистильованою водою до позначки і перемішують. Через 35-40 хв. вимірюють світлопоглинання. З калібрувального графіка за допомогою отриманої оптичної густини визначають концентрацію нітрит-іонів.
Вимірювання світлопоглинання, у обох випадках проводилось у кюветах з товщиною шару 5 см, порівнюючи з дистильованою водою застосовуючи фотоколориметр марки ФЄК-56.
Отримані результати. Деякі отримані результати наведені в таблиці 3.

Таблиця 3


рН

Концентрація на вході, мг/л

Концентрація на виході, мг/л

t, °С

Вхід

Вихід

NH4-N

NО2-N

NH4-N

NО2-N

8,08

8,35

65,3

75,8

9,2

14,0

26,7

7,88

7,98

41,0

87,6

9,0

11,5

28,9

8,09

8,16

55,6

101,8

3,3

8,1

28,3

7,70

8,06

62,9

100,7

3,2

20,6

28,6

7,91

8,22

57,5

97,4

2,0

10,5

27,7

8,06

8,29

63,8

95,4

3,4

17,7

27,3

7,79

7,94

66,6

99,6

6,5

18,3

27,1

7,92

8,09

63,8

100,3

5,1

21,0

29,1

7,96

8,10

66,8

101,8

7,1

20,3

26,2

7,93

8,15

61,2

110,9

5,7

33,2

26,1

7,85

8,01

75,2

101,2

8,4

17,2

26,7

7,97

7,95

71,9

117,3

9,9

27,9

28,3

Висновки. На основі аналізу даних проведених досліджень та отриманих результатів можна зробити висновок, що використання процесу ANAMMOX для очищення стоків від сполук азоту є високоефективним та перспективним для промислового застосування.

Список літератури
1. Саблій Л.А., Жукова В.С. Сучасні біотехнології видалення азоту із стічних вод// Рівненький Національний університет водного господарства та природокористування: Водопостачання та водовідведення.- 2009.- С. 25-32.
2. Ножевникова А. Н., Литти Ю. В., Некрасова В. К. и др. Анаэробное окисление аммония (Анаммокс) в биопленках иммобилизованного активного или при очистке сточных вод с низкой концентрацией загрязнений // Микробиология. – 2012, том 81, № 1. – С. 28–38.
3. Broda E. Two kind soflitho trophsmis singin nature //Z. Allg. Mikrobiol. 1977. V. 17. P. 491–493.
4. Mulder A., Vande Graaf A.A., Robertson L.A., Kuenen J.G. Anaerobic ammonium oxidation discovered in a denitrifying fluidized bed reactor // FEMS Microbiology Ecology. 1995. V. 16. P. 177–183.
5. Бескровная М.В., Быковская Н.В. Современные биотехнологии очистки сточных вод от минеральных соединений азота // Вісник Націон. Донецького ун-ту Сер. А: Природничі науки. – 2009, вип. 2. – С. 345-348.
6. Jetten M.S.M., Strous M., van de PasSchoonen K.T., Schalk J., van Dongen U.G.J.M., van De Graaf A.A., Logemann S., Muyzer G., van Loosdrecht M.C.M., Kuenen J.G. The anaerobic oxidation of ammonium // FEMS Microbiol. Rev. 1999.V. 22. P. 421–437.
7. Анюшева М.Г., Калюжный С.В. Анаэробное окисление аммония: Микробиологические, биохимические и биотехнологические аспекты // Успехи современной биологии. 2007. Т. 127. № 1. – С. 34–43.

Очищення стічної води з використанням процесу Anammox [Електронний ресурс]  / [Мальований М.С., Шандрович В.Т., Мальований А.М.] // Режим доступу: http://eco.com.ua/content/ochyshchennya-stichnoyi-vody-z-vykorystannyam-procesu-anammox

Оцінка: 
0
No votes yet