Використання іммобілізованої мікрофлори для очищення природних вод, що зазнали антропогенного навантаження

В даний час склалася напружена ситуація із забезпеченням населення України доброякісною питною водою. Основним критерієм якості питної води є її вплив на здоров’я людини. Нешкідливість води забезпечується відсутністю в ній токсичних і шкідливих для здоров’я домішок антропогенного і техногенного походження.

Відомо, що концентрації пріоритетних шкідливих хімічних речовин у природних водах уже наближаються до гранично допустимих (ГДК), а в деяких випадках навіть перевищують їх. Таке положення значно ускладнює можливість отримання якісної питної води, тому що існуючі технологічні схеми підготовки питної води  практично не забезпечують бар’єрну функцію по відношенню до техногенних хімічних речовин, а призначені лише для видалення нетоксичних елементів (каламутності, кольоровості, легко окислювальних органічних речовин). В умовах високого антропогенного і техногенного навантаження на водойми очисні споруди водопровідних станцій не завжди здатні довести якість питної води до нормативних вимог і з метою розв’язання проблеми застосовують підвищені концентрації хлоровмісних агентів і коагулянтів для попереднього окислення та вилучення органічних речовин.  Проте у більшості випадків такі підходи призводять до появи в оброблених водах токсичних продуктів органічного походження – летких галогенорганічних сполук (ЛГС) та залишкового алюмінію (до 1-2 мг/л), що є канцерогенним елементом, при одночасній неможливості вилучення  таких характерних антропогенних домішок як пестициди [1]. Після проведення первинного хлорування дозою хлору 9 мг/л концентрація хлороформу в очищеній воді збільшується у РЧВ порівняно із вихідною водою у 2,5–3 рази. На традиційних очисних спорудах ефективність видалення пестицидів варіює у широкому діапазоні і складає від 0 (гексафен, хлорофос) до 80-95 % (ДДТ).
Проведені нами дослідження щодо вилучення іонів амонію із природних вод методом перехлорування, виконані на пробах підземних вод міського водозабору м. Устилуг Волинської області, дозволили констатувати, що при концентрації аміаку у вихідній воді 3,5 мг/дм3 і дозі витраченого на хлорування гіпохлориту натрію 2 мг/мг (за хлором) залишковий хлор становив 4,3 мг/дм3, що є недопустимим для потреб господарсько-питного водопостачання [3,5,7]. Із збільшенням антропогенного тиску на водозбірні басейни актуальність проблеми вилучення шкідливих речовин із води, призначеної для питного споживання, тільки заростатимє.
Метоюданого дослідження є визначення методів та засобів очищення природних вод від сполук антропогенного та природного походження без утворення в процесі очистки канцерогенних сполук та ЛГС.
В останні роки досить активно проводиться пошук шляхів інтенсифікації процесів очищення природних вод складного фізико-хімічного складу з мінімальним використанням хімічних реагентів. Мінімізація розрахункових параметрів реагентів здатна не лише значно скоротити експлуатаційні витрати та спростити обслуговування водоочисного обладнання, але й поліпшити екологічний стан питної води шляхом запобігання можливості утворення в ній токсичних хлорорганічних комплексів. До перспективних і використовуваних методів попереднього очищення природних вод належать біологічні методи, дослідженню яких присвячені роботи багатьох вітчизняних і зарубіжних вчених. Для інтенсифікації біологічних методів очистки природних вод прийнятним є використання насадок різного типу із закріпленою мікрофлорою [1,2,4]; керованого біоценозу [1,2]; підвищення концентрації розчиненого кисню з одночасною зміною рН-Еh середовища в модулях біофільтрів [4]; зміна ступеня наповнення біофільтрів волокнами [1,2,8].
Типовими представниками мікрофлори підземних вод є залізобактерії. Підземні води характеризуються рН, близьким до нейтрального, тому в якості мікробіологічних агентів систем водоспоживання часто виступають представники родів Gallionella і Leptothrix, які окислюють Fe2+ продуктами внутрішньоклітинного метаболізму Н2О2 до  Fe(OH)3, який відкладається на поверхні клітин. Дослідження, проведені на пробах підземних вод міського водозабору смт. Рокитне Рівненської області [4], дозволили визначити оптимальні параметри рН-Еh водного середовища та адаптувати  залізобактерії родів  Gallionella, Leptothrix не тільки для окислення залізоорганічних комплексів із гуміновими кислотами, але й для  окислення сполук марганцю біологічним методом (рис.1). 

Рис.1. Діаграма стану рН-Еh для сполук марганцю у водному середовищі за Morgan-Shtumn: • – умови біогенного утворення MnO2 в культурі Metallogenium;  – умови розвитку Metallogenium в поверхневих водах (дослідження Г.А. Дубініної); D – умови окислення марганцю Gallionella, Leptothrix   (дослідження Квартенко О.М.); ´ – умови окислення марганцю киснем повітря в присутності каталізатора Mn(OH)4

 Мікроорганізм Metallogenium, який спеціалізується на окисленні сполук марганцю, розповсюджений в полі рН 6-7,5 та Еh 100–380 мВ, але не є характерним для підземних вод, тоді як адаптовані до окислення марганцю залізобактерії родів Gallionella та Leptothrix  доволі широко розповсюджені в водах підземних горизонтів з вихідними параметрами рН 5,5-7,3 та Еh – 350…100 мВ. В біореакторах складаються умови для активації останніх до окислення сполук марганцю в діапазонах рН 6,3-8,3 та Еh 130-300 мВ. Максимальна концентрація марганцю складала 3 мг/дм3, тривалість контакту із закріпленою мікрофлорою 20-30 хв., залишкові концентрації марганцю – 0,2-0,3 мг/дм3. Порівняння зазначеного методу з окисленням марганцю киснем повітря в присутності каталізатора Mn(OH)4 дозволило дійти висновку, що останній метод є ефективним лише при значеннях рН9-10, що є неприйнятним для умов господарсько-питного водопостачання.
Для збільшення інтенсивності процесів біологічної та фізико-хімічної очистки природних вод проводять активацію води, що сприяє швидкому переходу від макромолекул до мономолекул і змінює структурні властивості води  [6].
До найпоширеніших методів активації води належать: магнітний, механічний, ультразвуковий, термічний, активація електромагнітними імпульсами і електрохімічний. В основі перелічених методів лежить енергетичний вплив на молекули води, результатом якого є збільшення швидкості руху останніх (мономолекули рухаються швидше за асоціати), перемішування рідини та прискорення хімічних реакцій. Відомо, що активована вода має високу біологічну активність, що пояснюється наявністю в живих організмах надзвичайно чутливих ферментних систем, які in vivo сприяють оптимальному перебігу біохімічних реакцій за різних впливів зовнішнього середовища. Нами отримані стабільні результати очищення природних вод від заліза та марганцю при активації води та одночасному створенні оптимальних параметрів рН-Еh середовища, лужності, концентрації розчиненого кисню в місці розташування блоків із закріпленою мікрофлорою.
Висновки. Для очистки підземних вод з високою кольоровістю, перманганатною окислюваністю, великим вмістом аміаку, заліза, марганцю  в технології кондиціювання рекомендується використовувати угрупування активованих мікроорганізмів, іммобілізованих на носіях різних типів, що дозволяє значно зменшити дозу коагулянту, рівень навантаження на освітлювальні фільтри, тривалість промивання та об’єми промивних вод. Витримування оптимальних параметрів водоповітряного співвідношення з одночасною підтримкою Еh середовища в межах 100-400 мВ дозволяє отримувати стабільний ефект знезалізнення та деманганації на модулях біореакторів. Для інтенсифікації процесу очистки рекомендується використовувати постійне магнітне поле, що через вплив на ферментні системи клітин мікроорганізмів дозволяє збільшити до 75-85 % ефективність очищення на біофільтрі природних вод, призначених для питного споживання.
Список літератури

  • Водоснабжение: Учебник для вузов / М.Г. Журба, Ж.М. Говорова. – Т. 2. Улучшение качества воды. – М.: Изд-во АСВ, 2008. – 544 с. 
  • Говорова Ж.М. Обоснование и разработка технологий очистки природных вод, содержащих антропогенные примеси: Автореф. дис. … докт. техн. наук. – М., 2004.
  • ДСанПіН №400 від 12.05.2010 Вода питна. Гігієнічні вимоги до якості води централізованого господарсько-питного водопостачання.
  • Журба М.Г. Биохимическое обезжелезивание и деманганация подземных вод / М.Г. Журба,

    Ж.М. Говорова, А.Н. Квартенко, О.Б. Говоров // ВСТ, 2006. – № 9, ч. 2. – С. 17–23.
  • Квартенко А.Н. Многопроцессная технология кондиционирования подземных вод, содержащих комплексные железоорганические и азот–аммонийные соединения  // Проблеми водопостачання, водовідведення та гідравліки. Науково-технічний збірник. – КНУБА, 2010. – Вип. 14. – С. 42-55.
  • Квартенко А.Н., Грюк И.Б. Теоретические основы механизмов химических реакций в технологических схемах обезжелезивания слабокислых, низкощелочных природных вод с использованием щелочных реагентов // Материали за IX Международна научна практична конференция «Бъдещите изследвания - 2013» (София, 17 - 25 февруари 2013) . – 2013. – Т. 30. – София: «Бял ГРАД-БГ» ООД,  2013. - С. 27-31.
  • Кульский Л.А. Технология очистки природных вод. – К.: Вища шк., 1977. – С. 350.
  • Орлов В.О., Туровская Г.И. Очистка воды на зернистом фильтре с применением  биопоглотителя / В.О. Орлов, Г.И. Туровская // Вопросы химии и химической технологии. – 2002. – №5. – С. 244-247.

Використання іммобілізованої мікрофлори для очищення природних вод, що зазнали антропогенного навантаження [Електронний ресурс]  / [Квартенко О.М., Грюк І.Б.] // Режим доступу: http://eco.com.ua/content/vykorystannya-immobilizovanoyi-mikroflory-dlya-ochyshchennya-pryrodnyh-vod-shcho-zaznaly

Topics: 
Оцінка: 
0
No votes yet