Рис. 1. Кинетика изменения относительной оптической плотности сточных вод карьера СЗАО «КварцМелПром»

Как видно из рис. 1, при первичном внесении осадка в сточные воды карьера, наблюдается сохранение коагуляционно-флокуляцион-ной активности реагентов, но с уменьшенной в 2 раза скоростью осаждения частиц, чем для свежеприготовленных реагентов. При вторичном использовании осадков коагулянт-флокулянт значительно теряет свою активность.

Как известно, энергия коагуляции частиц лежит в пределах 2-5 ккал/моль, что может позволить осуществить активацию отработанного коагулянт-флокулянта при воздействии кислот и щелочей, разрушающих ионные и водородные связи [5].

Для проверки возможности активации отработанного коагулянт-флокулянта в составе осадка была проведена его обработка 0,1 н растворами HCl и NaOH (рис. 2). Как видно из рис. 2, при обработке осадка 0,1 н HCl и NaOH, происходит восстановление активности отработанного коагулянт-флокулянта, при этом скорость осаждения частиц и глубина очистки сточных вод выше при активации кислотой.

Таким образом, в результате проведенной работы установлено, что осадки, содержащие отработанный коагулянт-флокулянт без активации могут применяться для повторного использования не более одного раза. Для последующего применения осадка необходима его активация, которая может быть произведена также не более одного раза с помощью 0,1 н HCl. Применение технологического осадка в качестве добавки к сточной воде позволяет снизить на 25-30% расход дорогостоящего импортного коагулянт-флокулянта.

ЛИТЕРАТУРА

1. Запольский, А.К. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды / А.К. Запольский, А.А. Баран. – Л.: Химия, 1987. – 204 с.

2. Фрог, Б.Н. Водоподготовка. Учеб. для вузов / Б.Н. Фрог, А.Г. Нервов. – М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2014. – 512 с.

3. Экологический паспорт проекта «Очистные сооружения дренажных вод из карьера «Хотиславский» Малоритского района Брестской области. Объект № 11.073». – Брест: УП «Бресткоммунпроект», 2014. – 12 с.

4. Ходаков, Г.С. Седиментационный анализ высокодисперсных
систем / Г.С. Ходаков, Ю.П. Юдкин. – М.: Химия, 1981. – 192 с.

5. Зонтаг, Г. Коагуляция и устойчивость дисперсных систем / Г. Зонтаг, К. Штренге: пер. с нем. – Л.: Химия, 1973. – 77 с.

УДК 577.1:635.24+575.

Студ. Т. А. Бильдюк

Науч. рук. ст. преп. О. С. Игнатовец

(кафедра биотехнологии и биоэкологии, БГТУ)

Топинамбур, или земляная груша (Helianthus tuberosus L.), – многолетнее травянистое растение семейства Астровые высотой от 40 см до 4 м с прямостоячим ветвящимся, опушенным короткими волосками стеблем и подземными побегами, на которых развиваются клубни.

Топинамбур содержит разнообразные витамины и минералы. По содержанию железа, топинамбур значительно превосходит другие клубни (морковь, картофель, репу, свеклу и пр.). Кроме того, в состав топинамбура входят калий, кальций, кремний, магний, натрий, фтор, хром и другие минералы. Топинамбур содержит клетчатку, пектин, органические кислоты, жиры, белки. Богат топинамбур и витаминами: В₁, В₂, В₆, С, РР, каротиноидами, а также содержит незаменимые аминокислоты: аргинин, валин, лизин, лейцин и др. [1]. Топинамбур считается одним из основных источников инулина среди высших растений [2]. Инулин является полисахаридом, гидролиз которого приводит к получению безвредного для диабетиков сахара – фруктозы. Инулин (C₆H₁₀O₅)n представляет собой природный линейный биополимер построенный из молекул D-фруктозы, соединенных гликозидными связями.

К настоящему времени в мировой практике насчитывается более 500 сортов топинамбура. В Российской Федерации районировано 6 сортов, в Украине – 8 сортов, в Беларуси до 2012 года был зарегистрирован 1 сорт «Находка», который районирован в 1963 году. При этом следует отметить, что в России, Украине и Беларуси отбор и селекция сортов топинамбура велись главным образом с целью использования их на кормовые цели. Высокая народнохозяйственная ценность, возможность широкого использования топинамбура как пищевой, лекарственной, кормовой и технической культуры обеспечивают топинамбуру несомненную перспективность и актуальность всестороннего изучения и внедрения в сельскохозяйственных предприятиях Республики Беларусь.

Объектом исследования являлись 5 сортов топинамбура, а именно: Сеянец – 34, D – 9, Fyseay – 60, K– 8, Сортооразец №5.

В ходе исследования отрабатывалась методика выделения инулина из указанных сортов, а также анализировалось содержание в клубнях топинамбура микроэлементов и водорастворимых витаминов. На первом этапе нами были проанализированы литературные источники по современным методам анализа растительных полисахаридов [3, 4]. Таким образом, была адаптирована методика определения инулина в свежих клубнях топинамбура. Содержание инулина в клубнях топинамбура разных сортов представлено в таблице 1.

Как видно из результатов, приведенных в таблице 1, наибольшим содержанием инулина обладает сортообразец № 5, его и рекомендуется использовать в качестве сырья для производства инулинсодержащей добавки. В процессе проведения эксперимента, было получено заниженное содержание инулина в сравнении с литературными, это можно объяснить тем, что при хранении клубней топинамбура, в результате естественных процессов дыхания, происходит расщепление молекулы инулина под действием эндофермента инулингидролазы до более простых фруктоолигосахаридов, что обусловливает снижение содержания инулина при практически постоянном содержании фруктозы на начальных этапах хранения.

Аскорбиновая кислота служит сильным антиокисдантом, предохраняющим биологически активные вещества клетки от действия свободных радикалов, а также увеличивает высасывание железа. Среди множества реакций протекающих с участием витамина С, можно упомянуть гидроксилирование предшественников некоторых гормонов, синтез коллагена и желчных кислот, расщепление тирозина и лизина, обмен липидов и т.д. Содержание витамина С в клубнях топинамбура определяли по методу Тильманса [5]. Сравнительный анализ результатов показал, что содержание указанного витамина в клубнях исследуемых образцов варьировалось от 13,0 ± 0,2 до 48,6 ± 0,3 мг/100 г, причем максимальное его содержание отмечено у сортообразца №5.

Таким образом, проведенные исследования показали, что Сортообразец №5 является наиболее перспективным для возделывания на территории Республики Беларусь, т.к. содержание инулина и биологически активных компонентов в нем оптимальное.

ЛИТЕРАТУРА

1 Пасько, Н.М. Топинамбур – кормовое, техническое и пищевое растение [Текст] / Н.М Пасько // Охрана природы Адыгеи. – 1987. – Вып. 3. – С. 72-75.

2 Кочнев, Н.К., Калиничева М.В. Топинамбур – биоэнергетическая культура ХХI века. – М.: Арес, 2002. – 76 с.

3. Carbohydrates and proteins from Helianthus tuberosus / D.A. Rakhimov [et al.] // Chemistry of Natural Compounds – 2003. – Vol. 39, № 3. – P. 312 - 313.

4. Шкутина, И. В. Гидролиз инулина с помощью гетерогенных катализаторов / И. В. Шкутина. О. Ф. Стоянова, В. Ф. Селеменев // Химия растительного сырья.  2012.   № 2.  . С. 27  31.

5. Леонтьев, В. Н. Биохимия: лабораторный практикум / В. Н. Леонтьев. Т. И. Ахрамович // Минск : БГТУ, 2008. – 216 с.

УДК 628.355

Студ. К. Ю. Войтенко

Науч. рук. доц. Р. М. Маркевич

(кафедра биотехнологии и биоэкологии, БГТУ)

СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

АЭРОБНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Проблема совершенствования работы очистных сооружений остается актуальной и даже приобретает все большую значимость в связи с расширением спектра загрязняющих веществ в сточных водах, поступающих на очистку, и ужесточением требований к очищенным сточным водам, сбрасываемым в водоемы.

Цель настоящей работы заключалась в анализе различных направлений совершенствования очистки сточных вод. На основании литературных данных выделено пять основных направлений совершенствования очистки сточных вод: модификация технологий совместного удаления из сточных вод азота и фосфора [1]; очистка хозяйственно-бытовых сточных вод с использованием реакторов циклического действия [2]; мембранные методы [3]; использование иммобилизации биомассы активного ила в практике очистки сточных вод [1]; применение гранулированного активного ила [4].

На рисунках 1–3 приведены варианты модификации технологических схем очистки сточных вод от соединений азота и фосфора: ступенчатая денитрификация (рис. 1), технология с биокоагулятором (рис. 2), гибкая адаптивная система расположения блоков очистки (рис. 3).

Кроме того, технологические схемы совершенствуются в направлении повышения содержания летучих жирных кислот, установления низкого уровня нитратов и кислорода в анаэробной зоне и оптимального времени пребывания сточной воды в соответствующих зонах аэротенка, увеличения концентрации микроорганизмов активного ила в определенных зонах путем закрепления их на насадке.

Важным направлением совершенствования методов очистки сточных вод является технология с использованием реактора циклического действия, преимущества которого проявляются при недостатке площади для размещения сооружений. Кроме того, при использовании процесса декантации (отведения осветленной воды из слоя над уровнем активного ила) после обработки воды на таких сооружениях может достигаться остаточное содержание взвешенных веществ менее 10 мг/дм³, что устраняет необходимость использования вторичных отстойников для разделения иловой смеси и очищенной воды.

При строительстве новых и реконструкции уже существующих очистных сооружений предлагается ряд принципиально новых решений, самым технически доступным из которых на сегодняшний день является мембранный биореактор. Использование мембранного биореактора позволяет повысить эффективность и надежность функционирования очистных сооружений, увеличить их производительность, сократить занимаемые площади, снизить объем избыточного активного ила. Основным отличием мембранного биореактора от систем традиционной биологической очистки в аэротенках является наличие мембранного модуля, который предназначен для разделения иловой смеси и представляет собой альтернативу широко применяемому методу осаждения активного ила во вторичных отстойниках.

Использование аэротенков с насадкой (биотенков) позволяет увеличить концентрацию ила за счет закрепления микроорганизмов на насадке. С увеличением концентрации ила возрастает пропускная способность биотенка, которая в обычных условиях лимитируется работой вторичных отстойников, не способных разделить иловые смеси при концентрации свыше 4–6 г/дм³.

Согласно литературным данным, технология биологической очистки сточных вод с использованием гранулированного активного ила – перспективное направление развития современных биотехнологий очистки сточных вод. Гранулированный ил имеет ряд преимуществ по сравнению с обычным активным илом, таких как уменьшение вспухаемости и пенообразования в аэротенках; устойчивость к повышенным нагрузкам по загрязняющим веществам и наличию токсичных веществ; минимальное образование избыточной биомассы, и, как следствие, уменьшение энергетических затрат на обработку образующегося осадка, а так же ряд других преимуществ. На рисунке 4 показаны стадии формирования гранулированного активного ила.

В результате работы выделен ряд преимуществ и недостатков тех или иных направлений совершенствования биологической очистки сточных вод в аэробных условиях. Изученные технологии не являются универсальными, поэтому их внедрение должно проводиться с учётом особенностей состава сточных вод, требуемого уровня очистки, минимальных затрат ресурсов и других факторов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Долина, Л.Ф. Очистка сточных вод от биогенных элементов: монография / Л.Ф. Долина – Днепропетровск: Континент, 2011. – 198 с.

2. Результаты полупромышленных испытаний реактора периодического действия с использованием гранулированных илов / Ю.А. Николаев [и др.] // Вода. – 2012. – №2. – С. 23–24.

3. Трунов, П.В. Особенности процесса очистки сточных вод в погружных мембранных биореакторах // Коммунальное хозяйство городов: науч.-техн. сб. – Киев: Техника, 2010. – Вып. 93. – С. 133–137.

4. Аэробная биологическая очистка сточных вод в условиях гранулообразования активного ила / А.Е. Кузнецов [и др.] // Вода: химия и экология. – 2013. – №7. – С. 35–43.

УДК 628.355

Студ. Ю. Е. Авласевич, К. А. Акушевич

Науч. рук. доц. Р. М. Маркевич, инж. О. В. Нестер

(кафедра биотехнологии и биоэкологии, БГТУ)

ФОРМИРОВАНИЕ ГРАНУЛ АКТИВНОГО ИЛА

НА СТОЧНЫХ ВОДАХ МОЛОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

В большинстве работ по изучению грануляции активного ила в условиях аэрации в качестве субстрата использовали модельные либо городские сточные воды [1]. Целью данной работы являлось формирование и поддержание в активном состоянии гранул активного ила на сточных водах молочного производства.

Сточные воды молочного производства инокулировали возвратным активным илом городских очистных сооружений, имеющим значение илового индекса 122 г/дм³, содержание органических и минеральных веществ 78,24 % и 21,76 % соответственно. Приготовленную иловую смесь обрабатывали в соответствии с ниже приведенной схемой (рис. 1).



Рисунок 1 – Схема проведения эксперимента

С целью формирования гранул аэробного активного ила иловую смесь инкубировали на шейкере Enviromental Shaker-Incubator ES-20 и на установках УВМТ-12-250 при рабочей частоте 140 мин^-1, температурных режимах 20⁰С, 25⁰С и 30⁰С, рН поддерживалось на уровне 6,8–8,5. Выбран отъемно-доливной режим инкубирования, подпитку проводили 1 раз в неделю. При формировании гранул в часть проб с температурным режимом 25 ⁰С добавили гранулированный активный ил.

В ходе эксперимента было отмечено улучшение седиментационных характеристик ила по сравнению с первоначально взятым активным илом. На рисунках 2–5 представлены результаты изменения объема активного ила после 7-минутного отстаивания по истечении каждых 7 суток инкубирования иловой смеси.

Стабильное уменьшение объема отстоявшегося активного ила и гранулообразование наблюдалось при температуре инкубирования 20⁰С (рис. 2).

При температуре 25⁰С (с добавлением и без добавления гранул активного ила) и при 30⁰С седиментация имеет нестабильный характер, чередуются процессы уплотнения и прироста ила вследствие подпитки смеси высокозагрязненными сточными водами (рис. 3–5).

Следует отметить, что внесение в исходную иловую смесь в качестве добавки предварительно полученных в условиях аэрации гранул активного ила не привело к улучшению седиментационных свойств ила и не способствовало повышению скорости формирования гранул (рис. 3 и 4).

В ходе исследования гранулы аэробного активного ила (рис. 6) удалось получить лишь в образцах с температурным режимом 20 ⁰С.

а б

Таким образом, температура 20 ⁰С является наиболее благоприятной температурой для формирования гранул активного ила в условиях аэрации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Аэробная биологическая очистка сточных вод в условиях гранулообразования активного ила / А.Е. Кузнецов [и др.] // Вода: химия и экология. – 2013. – №7. – С. 35–43.

УДК 628.355

Студ. М. В. Булицкая, Т. С. Хильченко

Науч. рук. доц. Р. М. Маркевич, инж. О. В. Нестер

(кафедра биотехнологии и биоэкологии, БГТУ)

Технология биологической очистки сточных вод с использованием гранулированного активного ила рассматривается в настоящее время как одно из перспективных направлений [1].

Целью данной работы являлось изучение влияние на процесс гранулообразования температурного режима и внесения в качестве добавки предварительно полученных в условиях аэрации гранул активного ила. Объектами исследования послужили возвратный активный ил (рис. 1) и сточные воды на выходе из первичного отстойника городских очистных сооружений.



Рисунок 1 – Микрофотография исходного (флоккулированного)

активного ила из городских очистных сооружений (х400)

Значение илового индекса 122 г/дм³, содержание органических и минеральных веществ в исходном иле 78,24 % и 21,76 % соответственно. Исходную смесь готовили следующим образом: активный ил переносили в мерный цилиндр, отстаивали в течение 7 мин., сливали 60–70 мл надосадочной жидкости, доводили объем смеси до рабочего объема (100 мл) новой порцией сточных вод, переносили в коническую колбу объемом 250 мл. С целью формирования гранул аэробного активного ила иловую смесь инкубировали на шейкере Enviromental Shaker-Incubator ES-20 и на установках УВМТ-12-250 при рабочей частоте 140 мин^-1, температурных режимах 20⁰С, 25⁰С и 30⁰С, рН поддерживалось на уровне 6,8–8,5. Выбран отъемно-доливной режим инкубирования, подпитку проводили 1 раз в неделю, через 42 сут. инкубирования подпитку сточными водами перевели на двухразовый режим в неделю. При формировании гранул из активного ила городских очистных сооружений в часть проб с температурным режимом 25 ⁰С добавили гранулированный активный ил.

В ходе эксперимента было отмечено улучшение седиментационных характеристик ила. На рисунках 2–5 представлены результаты изменения объема активного ила после 7-минутного отстаивания по истечении каждых 7 суток инкубирования иловой смеси.