ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ МИНЕРАЛЬНОГО АЗОТА В ПРОТОЧНЫХ БИОРЕАКТОРАХ

summary

У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, визначено мету, задачі, об’єкт і предмет дослідження. Наведено основні дані щодо наукової новизни та практичного значення отриманих результатів, відмічено зв’язок роботи з науковими програмами й особистий внесок здобувача.

У першому розділі проведено аналіз робіт вітчизняних (Андронов В.А., Гончарук В.В., Гвоздяк П.І., Глоба Л.І., Калюжний С.В., Куліков М.І., Насонкіна Н.Г. та ін.) і закордонних (Van de Graaf A.A, Mulder A., Strous M., J.O. Kuenen, M.S.M. Jetten, K.A. Third) дослідників, присвячених процесам очищення стічних вод від сполук азоту у вигляді нітратів, нітритів та іонів амонію.

Аналіз показав, що біологічне очищення СВ від МА активним мулом широко використовується при очищенні як побутових, так і промислових стічних вод.

Звичайно біологічне видалення мінеральних сполук азоту із стічних вод за участю активного мулу включає два процеси: окислення амонійного азоту до нітрат-іонів (нітрифікація) і, потім, відновлення останніх до молекулярного азоту (денітрифікація). Обидва ці процеси досить складні й кожний включає кілька стадій із проміжною участю сполук азоту у всіх можливих ступенях окислення від -3 до +5. Хімічні рівняння розглянутих процесів записуються в наступному вигляді:

NH₄⁺ + 2O₂  à NO₃^– + 2H⁺  +  H₂O,                                                                        (1)

8NO₃^- + 5CH₃COOH à 4N₂ + 10CO₂ + 6H₂O + 8OH^–.                                         (2)

Природно, що ці процеси здійснюються різними видами мікроорганізмів. Нітрифікатори – це хемолітоавтотрофні аеробні бактерії. Денітрифікатори являють собою гетеротрофні мікроорганізми, що діють як в аноксидних, так і в анаеробних умовах. Ці обставини, в основному, визначають загальний дизайн очисних споруд – створення тим або іншим способом аеробних і анаеробних зон, розділених у просторі (роздільні аеробні та анаеробні біореактори) або в часі (поперемінне створення кисневих і безкисневих умов у тому самому реакторі). До останнього типу відносяться й т.зв. проточні біореактори. При дослідженні процесів, що протікають у таких реакторах, було виявлено явище, назване одночасною нітрифікацією-денітрифікацією (ОНД). Суть його полягає в тому, що при концентраціях розчиненого у воді кисню до ~2 мг/л, тобто в умовах не дуже сприятливих для мікробіологічної денітрифікації, остання протікає з помітною швидкістю паралельно з нітрифікацією. При цьому загальний ступінь видалення з води мінерального азоту може перевищувати 90%.

Розглянуто можливі механізми явища ОНД, а також фактори, які впливають на ефективність процесів видалення мінеральних сполук азоту в технологічних схемах з використанням цього явища. Найбільш прийнятне пояснення явища ОНД полягає в тому, що протилежні потреби у кисні процесів нітрифікації й денітрифікації задовольняються за допомогою фізичного розподілу аеробної і аноксидної зон усередині флокули активного мулу.

На сьогодні в результаті лабораторних досліджень запропоновано різні технологічні схеми (CANON, SHARON, OLAND, BABE та ін.) для очищення СВ від МА. Загальною особливістю перерахованих технологій є зупинка процесу нітрифікації на стадії утворення іонів нітриту. Останні далі окислюють іони амонію у відкритому недавно процесі анаеробного окислення амонію, названому ANAMMOX (ANaerobic АMMonium OXidation)-процесом. Розглянуто особливості механізму цього процесу й біохімія мікроорганізмів ANAMMOX.

На підставі аналізу літературних даних можна зробити висновок про те, що подальші дослідження в області видалення МА зі СВ повинні бути спрямовані на вивчення особливостей явища ОНД, у тому числі й з урахуванням ANAMMOX-бактерій, для того щоб процеси очищення СВ від МА зробити більш ефективними й стабільними.

У другому розділі наведені методики визначення концентрацій мінеральних сполук азоту. Концентрації азоту (амонійного, нітратного й нітритного), гідразину та гідроксиламіну визначали за допомогою фотоколориметричного методу. Газоподібний азот, що виділяється, визначали ГМХ методом на хроматографі «Цвет 500». Концентрацію розчиненого кисню вимірювали за допомогою киснеміру КМ-16-І. Фракційний склад активного мулу визначали седиментаційним методом. Описано лабораторний реактор для дослідження явища нітрифікації-денітрифікації.