Submit manuscript Sign in / Sign up
Advanced search
Article sections

IMPROVEMENT OF BIOLOGICAL CLEANING OF COOLANT-CONTAINING WASTEWATERS BY STIMULATION OF ACTIVE SLUDGE BY ETAFOSF PREPARATION

Research article
Smirnova N.N.
Inyusheva A.A.
Artemieva I.M.
Pademirova R.M.
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.66.003
Issue: № 12 (66), 2017
Published:
2017/12/18
PDF

Смирнова Н.Н.1,Инюшева А.А.2, Артемьева И.М.3, Падемирова Р.М.4

1ORCID: 000-001-9977-3860, кандидат биологических наук, 2ORCID: 000-0001-8279-9263, ведущий инженер-эколог, 3ORCID:  0000-0001-9344-7482, магистрант 2 курса , 4ORCID: 0000-0002-4719-8400, старший преподаватель

1,3,4Набережночелнинский институт (филиал) КФУ,в г.Набережные Челны, 2ООО «ПЭК регион 2» в г. Набережные Челны

ПОВЫШЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СОЖ-СОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД ПУТЁМ СТИМУЛЯЦИИ АКТИВНОГО ИЛА ПРЕПАРАТОМ ЭТАФОСФ

Аннотация

Приведены технологические и экологические показатели СОЖ-содержащих сточных вод, отобранных для исследования с завода Двигателей ПАО «КамАЗ» и подлежащих биологической очистке. Эффективность биоразложения  исследуемых сточных вод только  активным илом, используемым на районных очистных сооружениях г. Набережные Челны, и активным илом с добавлением препарата Этафосф в концентрациях 10-4 , 10-5 г/л., определяли по токсичности и снижению концентрации нефтепродуктов.  Установлено, что добавление препарата в концентрации 10-4 г/л снижает содержание нефтепродуктов в исследуемых сточных водах в 7 раз по сравнению с исходной пробой (144,6 мг/л) и в 3 раза по сравнению с классической биологической очисткой. 

Ключевые слова: СОЖ, Этафосф, активный ил, токсичность, биологическая очистка, СОЖ-содержащие сточные воды.

Smirnova N.N.1, Inyusheva A.A.2, Artemieva I.M.3, Pademirova R.M.4

1ORCID: 000-001-9977-3860, PhD in Biology, 2ORCID: 000-0001-8279-9263, Leading Environmental Engineer, PEK Region 2 LLC, Naberezhnye Chelny, 3ORCID: 0000-0001-9344-7482, Master's Degree Student of the 2nd year of study, 4ORCID: 0000-0002-4719-8400, Senior Lecturer

1,3,4Naberezhnye Chelny Institute (branch) of Kazan Federal University, Naberezhnye Chelny

IMPROVEMENT OF BIOLOGICAL CLEANING OF COOLANT-CONTAINING WASTEWATERS BY STIMULATION OF ACTIVE SLUDGE BY ETAFOSF PREPARATION

Abstract

Technological and ecological indicators of coolant-containing wastewaters, selected for study from the Kamaz Engine Plant and subjected to biological treatment, are presented in the paper. The effectiveness of biodegradation of the investigated wastewaters only by activated sludge used in local sewage treatment plants in Naberezhnye Chelny, and active sludge with the addition of Etafosf in concentrations of 10-4, 10-5 g/l was determined by toxicity and reduced concentration of petroleum products. It was established that the addition of the preparation in a concentration of 10-4 g/l reduces the content of petroleum products in the investigated wastewater by 7 times as compared to the initial sample (144.6 mg/l) and 3 times compared to the classical biological treatment.

Keywords: coolant, Etafosf, activated sludge, toxicity, biological purification, coolant-containing sewage.

Неотъемлемой частью технологического процесса механической обработки металлов является применение смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ). Однако, современные технологические эмульсии являются токсичными для представителей биоценоза водных экосистем в диапазоне концентраций 3,0-0,015% [1, С. 139-141], а в результате микробной деструкции эти  жидкости теряют комплекс технологических и санитарно-гигиенических свойств [2, С. 234-238], следствием чего является частая замена СОЖ и увеличение объёмов СОЖ-содержащих сточных вод.

Сточные воды машиностроительных предприятий являются многокомпонентными и многофазными водными системами. В состав таких стоков входят минеральные масла, ПАВы, бактерицидные и антикоррозионные присадки, во многих случаях, тяжелые металлы, а также токсичные продукты деструкции компонентов СОЖ. При поступлении на очистку залповых сбросов СОЖ-содержащих стоков нарушается процесс очистки воды, не удаётся достичь необходимого качества воды по показателю «нефтепродукты». Загрязняющие вещества, находящиеся в сточных водах предприятий, использующих технологические жидкости для механической обработки деталей, с трудом поддаются деструкции. Интенсификация очистки СОЖ-содержащих сточных вод   является одной из актуальной среди экологических проблем.

Одним из наиболее эффективных методов в системе очистки сточных вод в настоящее время является биологический. Достоинством этого метода является безреагентная деструкция чуждых природной воде соединений.

Биологический метод использует специфические биологические сообщества - активный ил, в состав которого входят бактерии, актиномицеты, микроводоросли, низшие ракообразные [3, С. 17].

Для интенсификации процесса биоразложения компонентов сточных вод применяются биологически активные вещества, стимулирующие  жизнедеятельность  биоценоза  активного ила.

Известен метод предварительной  обработки активного ила  водным раствором малеиновой или янтарной кислоты  в низких концентрациях, что позволяет увеличить химическое потребление кислорода и  сократить  время аэрации  [4, С. 46-49]. 

Выявлено, что препарат мелафен в низких концентрациях стимулирует численность представителей активного ила и биоценозов открытых водоёмов Daphnia magna Straus [5, С.137-139].

Имеются экспериментальные данные, свидетельствующие об эффективности применения препарата Этафосф, синтезированного на кафедре промышленной экологии КНИТУ (г. Казань), в качестве ингибитора и стимулятора роста численности деструкторов эмульсионной  СОЖ марки Инкам-1в зависимости от его концентрации  [6, С. 46-49]

Для определения возможности использования вышеуказанного препарата в качестве стимулятора процесса биоразложения СОЖ-содержащих сточных вод на заводе Двигателей ПАО «КамАЗ» были отобраны две пробы отработанных СОЖ, подлежащих очистке на районных очистных сооружениях (РОС) города Набережные Челны.

Перед исследованием были определены основные показатели проб: внешний вид и запах – органолептически, рН - на приборе АНИОН 4100,  коррозионную агрессивность - методом отпечаток [7, С. 13],  общую численность микроорганизмов [8,  С. 3-7].

Исследования показали, что обе пробы  представляли собой грязно-серую жидкость с отслоившимся маслом и специфическим запахом нефтепродуктов и сероводорода.

При исследовании коррозионной агрессивности исследуемых сточных вод была выявлена сильная степень коррозионной агрессивности в обеих пробах (табл.1).

 

Таблица 1 – Коррозионная агрессивность СОЖ – содержащих сточных вод

№ пробы Балл Степень коррозии Внешний вид фильтра
1 4 Сильная коррозия Сплошная коррозия
2 4 Сильная коррозия Сплошная коррозия (одно большое пятно диаметром 86 ÷ 86 мм.)
 

Коррозионная агрессивность стоков объясняется  следствием микробной деструкции СОЖ во время эксплуатации, что подтверждается высокой степенью обсеменённости образцов (3х108, 5х108 клеток/мл соответственно) и снижением рН с 10.00  до  8,21 в первой пробе и до 8,05 во второй.

Исследования проводились с использованием активного ила, применяемого на РОС города. Перед исследованием был определен индекс активного ила, который составлял 60, что соответствует требованием микробоценоза очистных сооружений [9, с. 19-21].

Для биологической очистки СОЖ-содержащих сточных вод использовали компоненты в следующем соотношении: активный ил – 30 %, сточная вода - 70% (без Этафосфа); активный ил – 30 %, сточная вода + Этафосф в концентрациях 10-4 , 10-5  г/л.                

Подготовленные для очистки пробы сточной воды аэрировали с использованием прибора ЛАБ–ПУ-02. В исследуемых образцах определяли рН, токсичность [10, с. 6],  содержание нефтепродуктов [11,с. 16].

Полученные результаты представлены в таблицах 2,3.

 

Таблица 2 – Влияние низких концентраций препарата Этафосф на токсичность стока после биологической очистки СОЖ – содержащей  сточной воды пробы № 1

09-02-2018 10-34-59  

Таблица 3 – Влияние низких концентраций препарата Этафосф на токсичность СОЖ-содержащей сточной воды пробы № 2 после биологической очистки

09-02-2018 10-44-36

Примечание: Контроль 1 - неочищенная СОЖ-содержащая сточная вода. Контроль 2 -  СОЖ-содержащей сточная вода, очищенная  активным илом. Контроль 3 - культивационная вода.

В результате проведенных исследований установлено, что обе отобранные пробы обладали острой токсичностью. Смертность дафний составляла 100% во всех трех разведениях. Классический метод биоочистки показал снижение токсичности только в разведении 1:100. Добавление Этафосфа в концентрации   10-4     г/л снизило токсичность  в разведениях 1:50, 1:100, что свидетельствует о повышении биологической очистки СОЖ-содержащих сточных вод.

Результаты исследования токсичности позволяют определить класс опасности данных стоков для окружающей среды (рис.1,2).

Определение класса опасности пробы № 1:

09-02-2018 10-45-47

Рис. 1 – Гибель дафний в пробе № 1

ЛКР50-48 = 100 / 10^((5-4,41) / 1,164) = 31,13

БКР10-48 = 100 / 10^((3,72-4,41) / 1,164) = 391,55

 

Согласно результатам биотестирования и проведенным на их основе расчетам, СОЖ-содержащую сточную воду можно отнести к 3 классу опасности – умеренно опасные, так как безвредная кратность разбавления равна 391,55 (что входит в диапазон от 101 до 1000).

Определение класса опасности пробы №2:

09-02-2018 10-47-27

Рис. 2 – Гибель дафний в пробе № 2

ЛКР50-48 = 100 / 10^((5-3,33) / 5,33) = 48,604

БКР10-48 = 100 / 10^((3,72-3,33) / 5,33) = 84,494

 

Очищенную сточную воду в пробе № 2 можно отнести к 4 классу опасности – малоопасные, так как безвредная кратность разбавления равна 84,494 (что входит в диапазон от 10 до 100).

Эффективность очистки СОЖ-содержащих сточных вод с участием активного ила и препарата Этафосф от нефтепродуктов представлены в таблицах 4,5.

 

Таблица 4 – Влияние низких концентраций препарата Этафосф на содержание нефтепродуктов при биологической очистке СОЖ-содержащей сточной воды пробы № 1 (без разведения)

Номер образца Концентрация Этафосфа г/л рН Содержание нефтепродуктов, мг/л
1 10-4 7,3 21,75
2 10-5 7,5 44,8
3 Контроль 1 8,2 144,6
4 Контроль 2 7,8 63,99

Премечание: Контроль 1– неочищенная СОЖ-содержащая сточная вода без разведения; Контроль 2 – СОЖ-содержащая сточная вода, очищенная только активным илом.

Как видно из данных таблицы 4, содержание нефтепродуктов наиболее эффективно снижается при очистке исследуемых стоков с добавлением Этафосфа с концентрацией 10-4 г/л. (21,75 мг/л). Добавление препарата в этой концентрации позволило снизить содержание нефтепродуктов в 7 раз по сравнению с исходной пробой (144,6 мг/л) и в 3 раза по сравнению с классической биологической очистки неочищенной СОЖ-содержащей (63,99 мг/л).

 

Таблица 5 – Влияние низких концентраций препарата Этафосф на содержание нефтепродуктов при биологической очистке СОЖ – содержащей сточной воды пробы № 2 (без разведения)

Номер образца Концентрация Этафосфа г/л, добавленная в пробу при биологической очистке Содержание нефтепродуктов, мг/л
1 10-4 14,12
2 10-5 24,84
3 Контроль 1:  исходная  СОЖ-содержащая сточная вода (рН=8,0) 78,72
4 Контроль 2: СОЖ-содержащая сточная вода с активным илом 24,38
 

Данные таблицы 5 подтверждают эффективность биоочистки и в  пробе №2 при добавлении Этафосфа в концентрации 10-4 г/л. поскольку содержание нефтепродуктов уменьшилось по сравнению с исходной пробой в 5,57 раз и в 1,7 раза по сравнению с классической биологической очисткой.

Анализ данных табл. 2-5 и рис. 1,2 позволяет сделать вывод о целесообразности использования препарата «Этафосф» в концентрациях 10-4 г/л при биологической очистке СОЖ-содержащих сточных вод в качестве стимулятора биоценоза  активного ила, а также свести к минимуму гибель аэробных микроорганизмов, участвующих в биологической очистке промстоков.

Список литературы / References

  1. Смирнова Н.Н. Токсичность водорастворимых смазочно-охлаждающих жидкостей / Н.Н.Смирнова, А.И. Динмухаметова // Межвузовский научный сборник Проектирование и исследование технических систем. – 2009. – №13. – С.139–141.
  2. Смирнова Н. Н. Микробная деструкция эмульсионных смазочно- охлаждающих жидкостей и методы ее предупреждения / Н.Н.Смирнова, Р.Н Шарафутдинов В.М., Ахметов В.М. // Материалы Итоговой научн. конф. проф.-препод. состава. – НЧ.: Издательство Полиграфический центр Набережнчелнинского института (П)ФУ, 2013. – С. 234–238.
  3. Колесников В.П. Современное развитие технологических процессов очистки сточных вод в комбинированных сооружениях / В.П. Колесников, Е.В.Вильсон. – Р-на-Д.: Юг. – 2005. – С.17.
  4. Пат. 2445275 Российская Федерация, МПК C02F3/02, C02F3/34. Способ интенсификации биологической очистки сточных вод / Шулаев М.В., Фаттахов С.Г., Хабибуллина Л.И., Резник В.С., Коновалов А.И., Синяшин О.Г. : заявитель и патентообладатель Учреждение Российской академии наук Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова Казанского научного центра Российской академии наук. – заявл. 12.2009; опубл. 20.03.2012.
  5. Леснова Е.А. Влияние мелафена на представителей активного ила Daphnia magna Straus и микроводоросли / Е.А. Леснова, Н.Н. Смирнова, С.В. Фридланд // Вестник технологического университета. – 2014. – №10. – С.137-139.
  6. Смирнова Н.Н. Влияние препарата Этафосф на микробиологические и антикоррозионные свойства смазочно-охлаждающей СОЖ Инкам-1 / Н.Н. Смирнова, Г.В. Маврин, Т.Р. Денисова, С.В. Фридланд // Международный научно-исследовательский журнал. – 2014. – №11 (30) , Часть 2. – С.46–49.
  7. ГОСТ 6243-75. Эмульсолы и пасты. Методы испытаний. – Взамен ГОСТ 6243-64 ; введ. 1976-07-01. – М. : Министерство химической и нефтеперерабатывающей промышленности СССР : Изд-во стандартов, 1975. – С. 9.
  8. ФР.1.31.2008.04398. Гидрохимические методы контроля. М.: Акварос. – 2008. – С. 21.
  9. ГОСТ 9.085-78. Единая система защиты от коррозии и старения. Жидкости смазочно-охлаждающие. Методы испытаний на биостойкость. Введ. 1979-07-01. – М.: Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР : Изд-во стандартов, 1979. – С. 32.
  10. МУК 4.1.1262-03. Методы контроля. Химические факторы измерение массовой концентрации нефтепродуктов флуориметрическим методом в пробах питьевой воды и воды поверхностных и подземных источников водопользования. – Введ. 2003-09-01. – М.: Минздрав России, 2003. – С. 28.
  11. ПНД Ф Т 14.1:2:4.12-06. Токсикологические методы анализа. Методика определения токсичности водных вытяжек из почв, осадков сточных вод и отходов, питьевой, сточной и природной воды по смертности тест-объекта Daphnia Magna Straus. – Введ. 2006. – М.: Государственный комитет Российской Федерации по охране окружающей среды. – С. 13.

Список литературы на английском языке / References in English

  1. Smirnova N.N. Toksichnost vodorastvorimykh smazochno-okhlazhdayushgchikh zhidkostey [Toxicity of Water-soluble Lubricating and Cooling Liquids] / N.N. Smirnova, A.I. Dinmukhametova // Mezhvuzovskiy nauchniy sbornik — Proektirovaniye i issledovaniye tekhnicheskikh sisyem [Interuniversity of works in Designing and research of technical systems.] - 2009. - No. 13. - P.139-141. [in Russian]
  2. Smirnova N.N. Mikrobnaya destruktsiya emulsiohhykh smazochno-okhlazhdayushchikh zhidkostey i metody ee preduprezhdeniya [Microbial Destruction of Emulsion of Lubricating and Cooling Liquids and Methods of Its Prevention] / N.N. Smirnova, R.N. Sharafutdinov V.M., Akhmetov // Materialy itogovoy konf. prof.-prepod sostava [Materials of the Scientific. Conf. of Professors and Lecturers] - NCh: Publishing house Polygraphic Center of Naberezhnchelninsky Institute (P)FU, 2013. - P. 234-238. [in Russian]
  3. Kolesnikov V.P. Sovremennoye razvitiye tekhnologicheskikh protsessov ochistki stochnykh vod v kombinirovannykh sooruzheniyakh [Modern Development of Technological Processes of Wastewater Treatment in Combined Facilities] / V.P. Kolesnikov, E.V. Wilson. - R-on-D.: South. - 2005. - P.17. [in Russian]
  4. No. 2445275 Russian Federation, IPC C02F3/02, C02F3/34. Sposob intensifikatsii biologicheskoy ochistki stochnykh vod [Method of Intensification of Biological Wastewaters Purification] / Shulaev M.V., Fattakhov S.G., Khabibullina L.I., Reznik V.S., Konovalov A.I., Sinyashin O.G.: Applicant and patent holder. Institute of Organic and Physical Chemistry, Russian Academy of Sciences, named after pr. A.E. Arbuzov of Kazan Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. - claimed. 29.12.2009; publ. 20.03.2012. [in Russian]
  5. Lesnova E.A. Vliyaniye melafena na predstaviteley aktivnogo ila Daphnia Magna Straus i mikrovodorosli [Effect of Melafen on Representatives of Active Sludge Daphnia Magna Straus and Microalgae] / E.A. Lesnova, N.N. Smirnova, S.V. Friedland // Vesnik tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of the Technological University]. - 2014. - No.10. - P.137-139. [in Russian]
  6. Smirnova N.N. Vliyaniye preparata Etafosf na mikrobiologicheskiye i antikorrozionniye svoistva smazochno-okhlazhdayushchey SOZh Inkam-1 [Effect of Etafosf Preparation on Microbiological and Anticorrosive Properties of Lubricating coolant Inkam-1] / N.N. Smirnova, G.V. Mavrin, Т.R. Denisova, S.V. Friedland // Mezhdunarodniy nauchno-issledovatelskiy zhurnal [International Scientific and Research Journal]. - 2014. - No. 11 (30), Part 2. - P.46-49. [in Russian]
  7. GOST 6243-75. Emulsoly i pasty. Metody ispytaniy [Emulsols and Pastes. Testing Methods]. - Substitutes GOST 6243-64; introduced on 1976-07-01. - M.: Ministry of Chemical and Oil Industry of the USSR: Publishing Standards, 1975. - P. 9. [in Russian]
  8. 1.31.2008.04398. Gidrokhimicheskiye metody kontroliya [Hydrochemical Control Methods]. M.:Aqvaros. - 2008. - P. 21. [in Russian]
  9. GOST 9.085-78. Edinaya sistema zashchity ot korrozii i stareniya. Zhidkosti smazochno-okhlazhdayushchiye. Metody ispytaniy na biostoykost. [Unified System of Protection against Corrosion and Aging. Lubricating and Cooling Liquids. Test Methods for Biostability]. Introduced on 1979-07-01. - M.: State Committee of Standards of the Council of Ministers of the USSR: Publishing Standards, 1979. - P. 32. [in Russian]
  10. MUK 4.1.1262-03. Metody Khimicheskiye faktory izmereniye massovoy kontsentratsii nefteproduktov fluorimetricheskim metodom v probakh pitievoy vody i vody poverkhnostnykh i podzemnykh istochnikov vodopolzovaniya [Control Methods. Chemical Factors of Mass Concentration Measurement of Petroleum Products by Fluorimetric Method in Samples of Drinking Water and Water from Surface and Groundwater Sources of Water Use]. - Introduced on 2003-09-01. - Moscow: Ministry of Health of Russia, 2003. - P. 28. [in Russian]
  11. HDPE F T 14.1: 2: 4.12-06. Toksikhologicheskiye metody analiza. Metodika opredeleniya toksichnosti vodnykh vytiazhek iz pochv, osadkov stochnykh vod i otkhodov, pitievoy, stochnoy i prorodnoy vody po smertnosti test-objekta Daphnia Magna Straus.[Toxicological Methods of Analysis. Method for Determining Toxicity of Water Extracts from Soils, Active Sludge and Waste, Drinking, Sewage and Natural Water by Mortality of Daphnia Magna Straus Test Facility.] - Introduced on 2006. - Moscow: State Committee of the Russian Federation for Environmental Protection. - P. 13. [in Russian]