Системы очистки сточных вод и их возврат в производство - Водообращение в производстве нитратов целлюлозы

Анализ литературы показывает, что к настоящему времени разработаны методы биологического обезвреживания различных органических нитратсоединений. В литературе, например, описаны метод возможного использования микроорганизмов для частичной денитрации поверхности нитрат целлюлозы с целью улучшения контроля скорости горения реактивного топлива, в состав которого входит нитрат целлюлоза. Найдено, что штамм бактерий Aspergillug fumigatus способны расти на пироксилине в питательной среде, содержащей углерод и лишенной азота, но при этом данные микроорганизмы потребляют лишь азот нитрата целлюлозы, не затрагивая углеродных связей [1].

Авторами [8, 9] было предложено использовать сульфатредуцирующие бактерии штамм P. Desulfovibrio, которые в качестве первичного звена в микробном консорциуме могут инициировать процесс разложения нитроэфиров целлюлозы в условиях заводских стоков, снижая степень нитрованности полимера и делая его доступным для других членов сообщества.

Так же были выделены бактерии штамм Ps. denitrifiCans, способные разрушать тринитротолуол, входящий в состав порохов, при сравнительно высоких концентрациях (порядка 200 мг/л) [10]. Например, штамм Pseudomonas fluorescens ВКЛМ В3468 (С9) селекционирован из такого типа, выделенного из очистных сооружений предприятий органического синтеза, и способен при 20 25°С в концентрации порядка 80% от количества общей микрофлоры осуществлять на 97% деструкцию нитростирола и до 95% нитратов. Дрожжи, выделенные из нефтезагрязненных торфяников и отходов нефтехимии, нефтешламов, относятся к числу доминирующих микроорганизмов в этих антропогенных местообитаниях. Их способность выживать и доминировать в таких экстремальных условиях, в сочетании с эффективным механизмом деградации тринитротолуола делает данные микроорганизмы перспективными с точки зрения утилизации промышленных отходов, загрязненных взрывчатыми веществами [1].

Согласно данным авторов [8-10], большинство аэробных бактерий осуществляют восстановление нитропроизводных до моноаминопроизводных. Микробиологическое восстановление ONO2-групп нитрат целлюлозы может являться ключевой реакцией, снижающей токсичность этого вещества и открывающей возможность его дальнейших глубоких превращений. Но так как бактерии и грибы полностью нитраты целлюлозы не разлагают, или разлагают в небольших количествах [1], был предложен метод предварительной химической модификации нитратов целлюлозы гидролизом гидроксидом калия, до более легко усвояемых для микроорганизмов веществ, с последующим биологическим окислением активным илом в не токсичные соединения.

Утилизируют донные отложения прудов отстойников в два этапа:

    1)гидролиз нитрат целлюлозы до простых веществ, доступных для микроорганизмов веществ; 2)последующее биологическое окисление активным илом.

В процессе исследования биодеградации НЦ были использованы микроорганизмы консорциума КТ, использованного в качестве посевного материала для систем биологической очистки, а также аборигенные микроорганизмы, выделенные из водной вытяжки донных отложений шламонакопителя.

В состав консорциума КТ входят, в частности, Bifidobacterium animalis, Lactobacillus casei, Streptococcus lactis, Rhodopseudomonas palustris, Rhodobacter sphaeroides, Saccharomyces сerevisiae, Candida utilis, Streptomyces albus, Streptomyces griseus, Aspergillus oryzae, Mucor hiemalis [58-10]. Исследование аборигенных сообществ микроорганизмов пруда-накопителя показало, что в их состав могут входить: Staphylococcus aureus, Janthinobacterium lividum, Microbacterium phyllosphaerae, Aeromonas eucrenophila, Bacillus subtilis, Arthrobacter sulfonivorans, Enterobacter asburiae, Bacillus vietnamensis, Bacillus megaterium, Bacillus cereus, Pseudomonas frederiksbergensis.

Для оценки содержания НЦ в образцах шлама в процессе их биологической обработки использовались следующие физикохимические методы анализа:

    - растворимость НЦ в ацетоне, - инфракрасная (ИК) спектроскопия, - молекулярномассовое распределение, - чувствительность к механическим воздействиям.

По результатам проведения теста на растворимость в ацетоне не отмечено значительного снижения содержания НЦ в составе шлама в процессе их биологической обработки.

На рис. 2 представлены результаты анализа ИК-спектроскопии исследованных образцов.

средняя молекулярная масса полимера нц

Рисунок 2 - Средняя молекулярная масса полимера НЦ

Показано, что в результате биообработки наблюдается увеличение средней молекулярной массы полимера, что может быть связано с потреблением низкомолекулярной и низконитрованной фракции нитратов целлюлозы, наиболее доступных для биодеградации. По этой же причине возрастает степень нитрованности молекул полимера. При этом аборигенное сообщество микроорганизмов шламонакопителя вызывает наиболее интенсивное разрушение низкомолекулярных фракций полимера. Однако высокомолекулярные фракции остаются недоступными для биологической деградации.

Кроме того, в результате биодеградации образцов отмечено увеличение упорядоченности

распределение молекулярных масс в образцах нц

Рисунок 3 - Распределение молекулярных масс в образцах НЦ: а - исходный образец, б - образец, подвергнутый биодеградации аборигенным сообществом микроорганизмов шламонакопителя

Распределение молекулярных масс в образцах подтверждает выводы об утилизации низкомолекулярной фракции шламов. Отмечено снижение числа молекул, обладающих высокой молекулярной массой (показаны стрелками), а также наблюдается сужение пика, что свидетельствует о деструкции низкомолекулярной фракции.

Анализ чувствительности к механическим воздействиям (удар, трение) не показал структурных изменений в образцах после их обработки.

При этом экспериментально показано, что увеличение продолжительности биообработки до 75 суток не приводит к повышению эффективности процесса биодеградации.

С учетом полученных данных, а также по результатам обзора литературы был сделан вывод о необходимости предварительной обработки НЦ раствором щелочи для повышения эффективности последующей утилизации НЦ.

Для экспериментальных исследований щелочного гидролиза нитратов целлюлозы использовали пластиковую емкость объемом 19 дм, куда помещали образец шламов массой 2 кг. Содержание влаги в образце составляло 66,2 %. Массовое содержание нитратов целлюлозы в составе образце составляло 96 %. В эту же емкость внесли 4 дм раствора NaOH концентрацией 3 % таким образом, чтобы образец шламов был полностью погружен в раствор щелочи. Предварительно экспериментальным путем было установлено, что при указанном соотношении гидролизующего раствора к шламу минимальная концентрация раствора щелочи, при которой протекает гидролиз, составляет 3 %. При этом значение рН раствора соответствовало 11,9.

На 16 и 19 сутки процентное содержание нитратов целлюлозы осталось неизменным и составило 95 % по массе, содержание оксидов азота 188,2 мг/л и 185,0 мг/л соответственно. При этом было отмечено снижение значений рН до 9,5.

С целью повышения рН среды и ускорения процесса гидролиза произвели замену надосадочной жидкости на вновь приготовленный раствор NaOH концентрацией 3%.

В последующие 4 суток эксперимента визуально отмечено уменьшение размеров частиц НЦ настолько, что внешний вид осадка напоминал песочную массу, рис. 4.

внешний вид образца до (а) и после (б) щелочной обработки

Рисунок 4 - Внешний вид образца до (а) и после (б) щелочной обработки

При этом значение рН среды составляло 11,8. В образце осадка после эксперимента обнаружены следовые значения содержания НЦ, что свидетельствует о полном протекании щелочного гидролиза шламов.

По результатам проведенных экспериментальных исследований показано, что для эффективного протекания гидролиза НЦ необходимо поддержание рН на уровне 11-12 ед. При этом длительность процесса составляет 20-25 суток. В зависимости от исходного содержания НЦ в составе шлама.

Таким образом, экспериментально показано, что отдельная утилизация осадков сточных вод исследованными микробными ассоциациями характеризуется крайне низкой эффективностью.

Одним из путей интенсификации процесса является проведение предварительного щелочного гидролиза осадков. В результате исследований была выбрана концентрация щелочи, достаточная для инициации гидролиза НЦ, составившая 3 %.

Подобраны основные технологические режимы протекания предварительной обработки осадков сточных вод для последующей утилизации продуктов гидролиза.

Похожие статьи




Системы очистки сточных вод и их возврат в производство - Водообращение в производстве нитратов целлюлозы

Предыдущая | Следующая