Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Исследование эффективности использования мелафена для интенсификации биологической очистки сточных вод

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Исследование эффективности использования мелафена для интенсификации биологической очистки сточных вод"

Работа выполнена на кафедре химической кибернетики федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Казанский национальный

исследовательский технологический университет» (ФГБОУ ВПО КНИТУ).

доктор технических наук, доцент, Шулаев Максим Вячеславович

Азимов Юсуф Исмагилович, доктор технических наук, профессор, ФГАОУ ВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет», профессор кафедры статистики, эконометрики и естествознания

Собгайда Наталья Анатольевна, доктор технических наук, доцент, Энгельский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет им. Ю.А. Гагарина», доцент кафедры экологии и охраны окружающей среды

ГБУ «Институт проблем экологии и недропользования Академии наук Республики Татарстан», г. Казань

Защита состоится 25 декабря 2013 года в 16.00 на заседании диссертационного совета Д 212.080.02 при ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» по адресу: 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 68, зал заседаний Ученого совета (А-330).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет».

Автореферат разослан «33» ноября 2013 года

Научный руководител ь

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Ученый секретарь диссертационного совета

Степанова

Светлана Владимировна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Жизнь человека неразрывно связана со средой обитания, откуда он получает все необходимое для своего существования: кислород, воду, основные виды пищи, энергию.

В водные объекты республики Татарстан ежегодно сбрасывается около 700 млн.м сточных вод, с которыми поступает свыше 600 тыс.тонн загрязняющих веществ, оказывающих токсическое действие на животный и растительный мир водоемов, а также на человека [А. Н. Щеповских, 1997 год]. Основным источником загрязнения водоемов, приводящим к ухудшению качества воды и нарушению нормальных условий жизнедеятельности гидробионтов, являются сбросы промышленных сточных вод.

Проблема очистки промышленных стоков и подготовки воды для технических и хозяйственно-питьевых целей с каждым годом приобретает все большее значение, поэтому необходимо найти наиболее эффективный, простой, но вместе с тем экономичный метод очистки сточных вод.

Начиная с 20-х годов прошлого века сооружения биологической очистки являются самым мощным защитным экраном для природных водоемов.

Развитие в области промышленности и хозяйственной деятельности человека приводит к расширению спектра загрязнений в сточных водах, увеличению их токсичности, и, как следствие, к угнетению биоценоза активного ила, что снижает эффективность биологического метода очистки сточных вод. Поэтому исследователи многих стран стремятся усовершенствовать процесс биологической очистки. Исследования ведутся в следующих направлениях: создание новых инженерных сооружений, схем и интенсификация очистки за счет введения различных технологических приемов. В настоящее время классический метод биологической очистки в аэротенках не обеспечивает необходимого качества очищенной воды и не позволяет достичь стабильности работы очистных сооружений при залповых сбросах загрязняющих веществ [А.Н. Щеповских, 1997 год].

Поэтому в последние годы огромный интерес представляют исследования в области интенсификации биологической очистки.

Цель работы состояла в исследовании влияния мелафена на биоценоз активного ила с целью интенсификации биологической очистки сточных вод городских очистных сооружений Муниципального унитарного предприятия «Водоканал» (ГОС МУП «Водоканал»), промышленных сточных вод ОАО «Казанский завод синтетического каучука» и ОАО «Казаньоргсинтез».

Задачи исследования:

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Исследование возможности применения мелафена для интенсифика-

ции биологической очистки сточных вод.

2. Исследование влияния препарата на состояние и показатели активного ила в процессе биологической очистки в аэротенке и на стадии регенерации.

3. Выделение и исследование микроорганизмов, входящих в состав активного ила, изучение влияния мелафена на рост полученных культур бактерий родов Bacillus, Micrococcus и Serralia.

4. Разработка технологических рекомендаций для проведения опытно-промышленных испытаний для интенсификации биологической очистки сточных вод с применением мелафена в концентрации 10" мг/дм .

5. Оценка предотвращенного ущерба окружающей среде при применении мелафена для интенсификации биологической очистки сточных вод.

Научная новизна диссертационной работы подтверждается следующими положениями, выносимыми на защиту:

1. Использование мелафена позволяет создать искусственную экосистему для биологической очистки сточных вод, что обеспечивает минимизацию антропогенного воздействия на окружающую среду предприятий химического и нефтехимического профиля.

2. Впервые проведены исследования применения мелафена для интенсификации процесса биологической очистки сточных вод в диапазоне концентраций от Ю-8 - 1СГ4 мг/дм3 [Пат.2445275 РФ]. Показано, что концентрация препарата КГ* мг/дм3 оказывает воздействие на процесс биологической очистки, как следствие, улучшает седиментационные характеристики активного ила, способствует более полному окислению загрязняющих веществ и не зависит от состава сточных вод, значения ХПК которых варьируется от 150 до 1600 мЮ2/дм .

3. Впервые исследовано влияние мелафена на процесс биологической очистки при использовании его на стадии регенерации, что улучшает состояние активного ила в целом и позволяет сократить время регенерации на 10 %.

4. Выявлено, что применение препарата способствует устойчивому понижению илового индекса при поддержании высокой дозы ила в аэротенке.

Практическая значимость работы.

Предложен способ интенсификации биологической очистки сточных вод

от различных загрязнений.

Применение препарата экологически безопасно, мелафен используется в чрезвычайно низкой концентрации (10 мг/дм ).

Возможно сокращение времени биологической очистки сточных вод в связи с применением мелафена на стадии регенерации.

Проведены опытно-промышленные испытании разработанного способа на

очистных сооружениях ОАО «Казаньоргсинтез». Разработаны технологические рекомендации для промышленного внедрения данного способа. Использование мелафена не требует изменения технологического исполнения процесса биологической очистки.

При внедрении данного метода предотвращенный ущерб окружающей среде, рассчитанный для очистных сооружений ОАО «Казаньоргсинтез», составит 60,2 тыс. руб./год.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на VI и VII Республиканских научных конференциях «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан» (Казань, 2004, 2007), III Московском международном конгрессе «Биотехнология - состояние и перспективы развития» (Москва, 2005), Международной конференции «Проблемы биодеструкции загрязнителей окружающей среды» (Саратов, 2005), Международной научно-практической конференции «Нефтепереработка-2008» (Уфа, 2008), X Международной конференции молодых ученых «Пищевая технология и биотехнология» (Казань. 2009), IV Межрегиональной научной конференции «Промышленная экология и безопасность» (Казань, 2009), V Кирпичниковских чтениях: XIII международной конференции молодых ученых, студентов и аспирантов (Казань, 2009), XI Международном симпозиуме «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение в Республике Татарстан» (Казань, 2010), Международной конференции «Биология - наука XXI века» (Москва, 2012).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 17 научных работах, 3 из которых - статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных к изданию ВАК Минобрнауки России.

Личный вклад соискателя. Соискателем выполнен основной объем исследований по возможности и эффективности использования мелафена для интенсификации биологической очистки сточных вод, проведен анализ полученных данных, сформулированы основные положения диссертации, составляющие её новизну и практическую значимость. На основе полученных данных автором совместно с ФГБУН «Институт органической и физической химии им.А.Е.Арбузова Казанского научного центра Российской академии наук» разработан способ интенсификации биологической очистки сточных вод от различных загрязнений с применением недорого малотоксичного препарата, действующего в чрезвычайно низких концентрациях. На вышеуказанный способ в 2009 году оформлена заявка на патент № 2445275.

Структура диссертационной работы. Диссертация изложена на 112 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, заключения и

библиографического списка, включающего 90 наименований, и 2 приложения. Работа проиллюстрирована 26 рисунками, 19 таблицами.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследований, определены цель работы и задачи, которые необходимо решить для достижения поставленной цели, раскрыты научная новизна и практическая значимость работы, приведена общая характеристика работы.

В первой главе работы приведен обзор литературы по тематике диссертации, основным закономерностям и аппаратурном оформлении биологической очистки сточных вод, рассмотрены влияние различных факторов на ведение процесса и методы его интенсификации, обоснован выбор мелафена для проведения экспериментов, сформулирована цель исследования.

Мелафен относится к группе гетероциклических и фосфороорганических соединений (рисунок 1) и синтезирован в Институте органической и физической химии им. А.Е.. Арбузова (г. Казань).

Препарат растворим в воде, его водные растворы стабильны; малотоксичен для теплокровных, его ЬО50 - 2000 мг/кг для мышей, получается в одну стадию с высоким выходом из промышленно доступных продуктов меламина и

бис(оксиметил)фосфиновой кислоты.

Вторая глава посвящена описанию пилотной установки для реализации процесса биологической очистки, методик анализа объектов исследования, применяемых в работе. Представлены объекты исследования. Даны рекомендации по проведению опытно-промышленных испытаний.

Третья глава посвящена обсуждению результатов экспериментов по использованию мелафена для интенсификации процесса биологической очистки СВ.

Степень очистки СВ от загрязняющих веществ определяли по значению ХПК на ОАО «Казанский завод Синтетического каучука» и МУП «Водоканал», и дополнительно по концентрации фенола, этиленгликоля и неионогенных поверхностно-активных веществ на очистных сооружениях ОАО «Казаньоргсинтез». В диссертационной работе анализы проводились троекратно для каждой точки. Проведена метрологическая обработка результатов экспериментов, относительная погрешность измерений составила 5-7 % (при Р=0,95) согласно ГОСТу 8207-76.

Экспериментальные исследования биохимического окисления сточных

ын,

о

II

НО— Р—СН2ОН Н2Ы "мн, СН2°Н

Рисунок 1 - Химическая формула мелафена

А. А - - >

б

Таблица 4 - Сравнительный анализ систем биологической очистки

сточных вод на очистных сооружениях _ОАО «Казанский завод синтетического каучука»

Аэротенк ХПКнич, мг/дм1 ХПКк,,,, мг/дм3 Степень очистки, %

Контрольный №1 1300420 600±10 53,8

Опытный (концентрация мелафена 10"6 мг/дм3) 1300±20 400±10 69,2

Из экспериментальных данных видно, что опытный аэротенк обеспечивал на 15% более глубокую очистку сточной воды, чем контрольный.

Таблица 5 - Сравнительный анализ систем биологической очистки сточных вод с применением различных биологически активных веществ на очистных сооружениях ОАО «Казанский завод синтетического каучука»

Аэротенк ХПК„ач, мг/дм3 ХПК™, мг/дм3 Степень очистки, %

Контрольный №2 (концентрация янтарной кислоты 10~® мг/дм5) 1600=1=10 700410 56,3

Опытный (концентрация мелафена 1СГ6 мг/дм3) 1600±10 500±10 68,8

Система в присутствии мелафена на 12,5 % превзошла биологическую очистку с использованием янтарной кислоты.

Проведены и описаны эксперименты биологической очистки сточных вод очистных сооружений ОАО «Казаньоргсинтез» в кинетических и динамических условиях.

■" Кз шролльш а^ютенк ЛЗ

- Огыгкьй ,7,7»?ТЕ>!К (кгмсктущсш кс.ък'аа Ю^игйм3)

Рисунок 2 - Кинетика изменения значений ХПК в системах очистки

■ ■ КЬшршышй крогснк №1

^Ошпанюротеик (концентрация 1Елафгна Ю^лг/да!3)

Рисунок 3 - Кинетика изменения концентрации этиленгликоля

В данном исследовании анализировалось не только значение ХПК очищенной воды, но и проводилось измерение концентрации фенола,

Известно, что при внесении биологически активных веществ в биоценоз активного ила седиментационные свойства его заметно улучшаются, происходит иммобилизация клеток, укрупнение флокул. Это обеспечивает обычно значительное и устойчивое понижение илового индекса [Смирнов В.Б., 1995 год]. В начале и в конце эксперимента в динамических условиях на очистных сооружениях ОАО «Казаньоргсинтез» определены значения данного показателя в обеих системах очистки.

В опытном аэротенке отмечено снижение илового индекса на 10,8%, а в контрольном произошло повышение на 6 %. Таким образом, применение мелафена оказывает благоприятное воздействие на седиментационные характеристики ила.

В ходе экспериментов биологической очистки сточных вод в динамических условиях на очистных сооружениях ОАО «Казаньоргсинтез» проведен микробиологический анализ активного ила в исследуемых системах.

Результаты микробиологического анализа показали, что применение мелафена в биологической очистке сточных вод стимулирует жизнедеятельность микроорганизмов, нормализует работу активного ила.

Согласно литературным данным [Немкова Н.С., 1998 год, Захарова К.А., 2006 год] наибольшую эффективность мелафен проявляет в течение суток, поэтому проведена серия экспериментов с применением данного препарата и янтарной кислоты на стадии регенерации в сравнении с системой без добавления указанных веществ. Время экспериментов составляло 16, 18 и 20 часов, что соответствует примерному временному диапазону регенерации в процессе биологической очистки сточных вод ОАО «Казаньоргсинтез».

Результаты показали целесообразность применения мелафена и янтарной кислоты, что позволяет сократить время регенерации на 10%. При этом улучшается состояние ила в целом, хлопья ила крупные, состав ила разнообразнее по индикаторным простейшим.

Проведены опытно-промышленные испытания на третьей очереди очистных сооружений ОАО «Казаньоргсинтез в апреле-мае 2008 года, что подтверждено соответствующим актом.

Схема очистки с применением мелафена на очистных сооружениях ОАО «Казаньоргсинтез» представлена на рисунке 6.

Для сравнения эффективности использования мелафена и анализа результатов эффективности очистки взяты данные за аналогичный период 2007 года и данные за февраль-март 2008 года.

Характеристики ила, полученные в разные периоды времени, показывают, что в целом состояние активного ила удовлетворительное. Качественный и

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата технических наук, Хабибуллина, Люция Ильгизаровна, Казань

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический

университет»

На правах рукописи

Хабибуллина Люция Ильгизаровна

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕЛАФЕНА ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ

СТОЧНЫХ ВОД

03.02.08- Экология (в химии и нефтехимии)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., профессор М.В. Шулаев

Казань-2013

Оглавление

Оглавление...............................................................................................................2

Список условных сокращений...............................................................................5

Введение...................................................................................................................6

Глава 1. Литературный обзор...............................................................................12

1.1 Методы очистки сточных вод.....................................................................12

1.2 Основные закономерности биологической очистки сточных вод..........12

1.2.1 Аэробные процессы в биохимической очистке сточных вод...........14

1.2.2 Активный ил...........................................................................................15

1.2.3 Характеристика активного ила.............................................................23

1.3 Биологические очистные сооружения.......................................................25

1.4 Влияние различных факторов на процесс биологической очистки и способы ее интенсификации.............................................................................30

1.4.1 Температура...........................................................................................31

1.4.2 Величина рН...........................................................................................31

1.4.3 Перемешивание......................................................................................32

1.4.4 Концентрация кислорода......................................................................32

1.4.5 Биогенные элементы.............................................................................33

1.4.6 Доза и возраст активного ила...............................................................34

1.4.7 Регенерация активного ила...................................................................34

1.4.8 Использование специфической микрофлоры активного ила............35

1.4.9 Биологическая очистка с применением реагентов.............................36

1.4.10 Использование ультразвуковых колебаний......................................38

1.4.11 Использование иммобилизованной биомассы.................................39

1.4.12 Биосорбционный метод.......................................................................40

1.4.13 Применение биологически активных веществ.................................41

1.5 Мелафен........................................................................................................47

Глава 2. Объекты и методы исследования..........................................................50

2.1 Описание пилотной установки очистки сточных вод..............................50

2.1.1 Принципиальная схема установки.......................................................5 О

2.1.2 Схема основных стадий в отъемно-доливном реакторе, протекающих в течение одного цикла..........................................................51

2.1.3 Подготовка установки к эксплуатации в кинетических условиях ...52 2.2 Методики анализа объектов исследования...............................................52

2.1 Методика исследования микрофауны активного ила на стадии регенерации.........................................................................................................54

2.2 Техника анализа активного ила..................................................................54

2.3 Методы микробиологического исследования...........................................55

2.4 Исследование влияния мелафена на культуры бактерий........................56

2.5 Опытно-промышленные испытания по повышению эффективности очистки производственных сточных вод с использованием мелафена........57

2.6 Объекты исследований...............................................................................59

Глава 3. Исследование влияния мелафена на процесс биологической очистки сточных вод............................................................................................................62

3.1 Определение возможности применения и эффективности использования мелафена в процессе биологической очистки на очистных сооружениях МУП «Водоканал».....................................................................62

3.1.1 Исследование процесса биологической очистки сточных вод в кинетических условиях на очистных сооружениях МУП «Водоканал» ..62

3.1.2 Исследование процесса биологической очистки сточных вод в динамических условиях на очистных сооружениях МУП «Водоканал» .64

3.2 Определение возможности применения и эффективности использования мелафена в процессе биологической очистки сточных вод общезаводской группы стоков ОАО «Казанский завод синтетического каучука»...............................................................................................................67

3.2.1 Исследование процесса биологической очистки стоных вод в кинетических условиях на очистных сооружениях ОАО «Казанский завод синтетического каучука».....................................................................67

3.2.2 Характеристики активного ила в процессе биологической очистки сточных вод ОАО «Казанский завод синтетического каучука»................68

3.3 Определения эффективности использования мелафена в процессе биологической очистки сточных вод ОАО «Казаньоргсинтез»....................69

3.3.1 Исследование процесса биологической очистки сточных вод в кинетических условиях на очистных сооружениях ОАО «Казаньоргсинтез»................................................................................69

3.3.2 Исследование биологической очистки сточных вод в динамических условиях на очистных сооружениях ОАО «Казаньоргсинтез».................77

3.3.3 Микробиологический анализ активного ила на очистных сооружениях ОАО «Казаньоргсинтез».........................................................80

3.3.4 Микробиологический анализ активного ила на стадии регенерации на на очистных сооружениях ОАО «Казаньоргсинтез».............................81

3.4 Выделение культур бактерий, входящих в состав активного ила на очистных сооружениях ОАО «Казаньоргсинтез», и исследование влияния мелафена на рост культур бактерий родов Bacillus, Micrococcus и Serratia&3

3.5 Опытно - промышленные испытания на очистных сооружениях

ОАО «Казаньоргсинтез» с применением мелафена.......................................88

Глава 4. Расчет предотвращенного ущерба от загрязнения водной среды при

использовании мелафена......................................................................................94

Заключение.............................................................................................................96

Библиографический список..................................................................................97

Приложение 1 Акт метрологической обработки результатов измерений.....107

Приложение 2 Акт опытно-промышленных испытаний, проведенных на очистных сооружениях ОАО «Казаньоргсинтез»............................................109

Список условных сокращений

SBR - Sequencing Batch Reactor (англ.),

АТФ - аденозинтрифосфат,

БАВ - биологически активные вещества,

БПК - биологическое потребление кислорода,

ГОС - городские очистные сооружения,

ДАИ - дегидрогеназная активность,

МУП - муниципальное унитарное предприятие,

н-ПАВ - неионогенные поверхностно-активные вещества,

ПАВ - поверхностно-активные вещества,

ПАУ - порошкообразный активный уголь,

ПДК - предельно-допустимая концентрация,

СВ - сточные воды,

СПАВ — синтетические поверхностно-активные вещества, ХПК - химическое потребление кислорода.

Введение

Актуальность проблемы. Жизнь человека неразрывно связана со средой обитания, откуда он получает все необходимое для своего существования: кислород, воду, основные виды пищи, энергию [1].

Вода - обязательный компонент практически всех технологических процессов как промышленного, так и сельскохозяйственного производства [2].

Объем потребления пресной воды в мире составляет примерно 3900 млрд. м3/год [3]. В Российской Федерации на душу населения приходится 61763 м пресной воды (2006 г.), годовое потребление пресной воды составляет 77,1 млрд. м (1,7 % от всех водных ресурсов) из них: 20 % на нужды сельского хозяйства, 62 % на промышленные нужды, 19 % на бытовые нужды [4].

В водные объекты Республики Татарстан ежегодно сбрасывается около 700 млн. м сточных вод (далее СВ), с которыми поступает свыше 600 тыс. тонн загрязняющих веществ, оказывающих токсическое действие на животный и растительный мир водоемов, а также на человека [5]. Основным источником загрязнения водоемов, приводящим к ухудшению качества воды и нарушению нормальных условий жизнедеятельности гидробионтов, являются сбросы промышленных предприятий, особенно химической и нефтехимической

промышленности, несмотря на то, что объем их по сравнению с объемом СВ предприятий других видов промышленности невелик [6].

Проблема очистки промышленных СВ с каждым годом приобретает все большее значение. Поэтому исследователи многих стран стремятся усовершенствовать данный процесс. Исследования ведутся в следующих направлениях: создание новых инженерных сооружений, схем и интенсификация очистки за счет введения различных технологических приемов.

Биологический метод очистки СВ является широко используемым и универсальным. Данный процесс основан на способности некоторых микроорганизмов использовать загрязняющие СВ вещества для питания в своей жизнедеятельности. Биологическое окисление, составляющее основу биологической очистки, является следствием протекания большого комплекса взаимосвязанных процессов различной сложности при функционировании системы активный ил - СВ. Процесс очистки осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), состоящим из различных бактерий, простейших, водорослей, грибов и др., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма) [7].

Метод биологической очистки до настоящего времени является наиболее совершенным по характеристикам скорости, экономичности и экологической безопасности [8].

Однако традиционные биологические очистные сооружения работают с перегрузкой и часто не выдерживают современных требований к качеству очищенной воды, а также к стабильности и устойчивости работы [7].

Развитие в области промышленности и хозяйственной деятельности человека приводит к расширению спектра загрязнений в СВ, увеличению их токсичности, и, как следствие, к угнетению биоценоза активного ила, что снижает эффективность биологического метода очистки СВ [9]. Одним из

методов, разрабатываемых в настоящее время, является использование биологически активных веществ (БАВ) для интенсификации биологической очистки СВ.

Цель работы состояла в исследовании влияния мелафена на биоценоз активного ила с целью интенсификации биологической очистки СВ городских очистных сооружений Муниципального унитарного предприятия «Водоканал» (ГОС МУП «Водоканал»), промышленных СВ ОАО «Казанский завод синтетического каучука» и ОАО «Казаньоргсинтез».

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Исследование возможности применения мелафена для интенсификации биологической очистки СВ.

2. Исследование влияния препарата на состояние и показатели активного ила в процессе биологической очистки в аэротенке и на стадии регенерации.

3. Выделение и исследование микроорганизмов, входящих в состав активного ила, изучение влияния мелафена на рост полученных культур бактерий родов Bacillus, Micrococcus и Serratia.

4. Разработка технологических рекомендаций для проведения опытно-промышленных испытаний для интенсификации биологической очистки СВ с применением мелафена в концентрации 10"6 мг/дм3.

5. Оценка предотвращенного ущерба окружающей среде при применении мелафена для интенсификации биологической очистки СВ.

Научная новизна.

1. Использование мелафена позволяет создать искусственную экосистему для биологической очистки СВ, что обеспечивает минимизацию антропогенного воздействия на окружающую среду предприятий химического и нефтехимического профиля [10].

2. Впервые проведены исследования применения мелафена для интенсификации процесса биологической очистки СВ в диапазоне концентраций от 10"4 - Ю-8 мг/дм3 [10, 11]. Показано, что концентрация

препарата 1045 мг/дм3 оказывает воздействие на процесс биологической очистки, как следствие, улучшает седиментационные характеристики активного ила, способствует более полному окислению загрязняющих веществ и не зависит от состава СВ, значения ХПК которых варьируется от 150 до 1600 мг02/дм3.

3. Впервые исследовано влияние мелафена на процесс биологической очистки при использовании его на стадии регенерации, что улучшает состояние активного ила в целом и позволяет сократить время регенерации на 10% [12, 13].

4. Выявлено, что применение препарата способствует устойчивому понижению илового индекса при поддержании высокой дозы ила в аэротенке.

Практическая значимость.

Предложен способ интенсификации биологической очистки СВ от различных загрязнений.

Применение препарата экологически безопасно, мелафен используется в

А 1

чрезвычайно низкой концентрации (1-10' мг/дм ).

Возможно сокращение времени биологической очистки СВ в связи с применением мелафена на стадии регенерации.

Проведены опытно-промышленные испытания разработанного способа на очистных сооружениях ОАО «Казаньоргсинтез». Разработаны технологические рекомендации для промышленного внедрения данного способа. Использование мелафена не требует изменения технологического исполнения процесса биологической очистки.

При внедрении данного метода предотвращенный ущерб окружающей среде, рассчитанный для очистных сооружений ОАО «Казаньоргсинтез», составит 60,2 тыс. руб./год.

Личный вклад соискателя.

Соискателем выполнен основной объем исследований по возможности и эффективности использования мелафена для интенсификации биологической

очистки СВ, проведен анализ полученных данных, сформулированы основные положения диссертации, составляющие её новизну и практическую значимость. На основе полученных данных автором совместно с ФГБУН «Институт органической и физической химии им. А. Е. Арбузова Казанского научного центра Российской академии наук» разработан способ интенсификации биологической очистки СВ от различных загрязнений с применением недорого малотоксичного препарата, действующего в чрезвычайно низких концентрациях. На вышеуказанный способ в 2009 году оформлена заявка на патент № 2445275 [13].

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на VI и VII Республиканских научных конференциях «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан» (Казань, 2004, 2007), III Московском международном конгрессе «Биотехнология — состояние и перспективы развития» (Москва, 2005), Международной конференции «Проблемы биодеструкции загрязнителей окружающей среды» (Саратов, 2005), Международной научно-практической конференции «Нефтепереработка-2008» (Уфа, 2008), X Международной конференции молодых ученых «Пищевая технология и биотехнология» (Казань. 2009), IV Межрегиональной научной конференции «Промышленная экология и безопасность» (Казань, 2009), V Кирпичниковских чтениях: XIII международной конференции молодых ученых, студентов и аспирантов (Казань, 2009), XI Международном симпозиуме «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение в Республике Татарстан» (Казань, 2010), Международной конференции «Биология - наука XXI века» (Москва, 2012).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 17 научных работах, 3 из которых — статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных к изданию ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы.

Диссертация изложена на 112 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, заключения и библиографического списка, включающего 90 наименований, и 2 приложения. Работа проиллюстрирована 26 рисунками и 19 таблицами.

Автор выражает благодарность руководителю - доктору технических наук, профессору кафедры химической кибернетики Шулаеву Максиму Вячеславовичу, коллективу кафедры химической кибернетики, руководству и коллективу ОАО «Казаньоргсинтез», ГОС МУП «Водоканал» и ОАО «Казанский завод Синтетического каучука», кандидату биологических наук, доценту Михайловой Екатерине Олеговне и кандидату технических наук, доценту Храмовой Инне Анатольевне. Огромную благодарность автор выражает своей семье за терпение и понимание, спасибо Вам, что не переставали в меня верить.

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Методы очистки сточных вод

В настоящее время применяются механические, химические, физико-химические, комбинированные и биологические методы очистки СВ.

Применение каждого из которых в конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.

При механическом методе очистки СВ в процессах отстаивания и фильтрации происходит удаление механических примесей. Поверхностные загрязнения улавливаются бензомаслоуловителями, отстойниками, нефтеловушками и др., грубодисперсные частицы - решетками, песколовками, ситами [7].

Химический способ заключается в том, что из СВ выделяют загрязнители путем проведения реакций между ними и вводимыми в воду реагентами. Для этих целей используют реакции окисления, восстановления, реакции образования соединений, выпадающих в осадок, и реакции, сопровождающиеся газовыделением.

Физико-химический метод обработки СВ позволяет удалять тонкодисперсные и растворенные неорганические �