Аннотация
Э. Б. Хьюнифелд , К. Волкерсдорфер ОПрименение нанотехнологий для интенсификации процессов очистки сточных вод из-за уникальных особенностей нанотехнологий, популярность их использования увеличивается. Наноматериалы в настоящее время применяется в больших масштабах промышленных и коммерческих областях, в том числе в интенсификации процессов очистки сточных вод.
Заменена основа биопленки биореактора на нановолокна текстиля, которые используется в качестве носителя биомассы для фактической очистки промышленных сточных вод, поступающих от производства хлорамина. Биопленка была проверена в лабораторных условиях и впоследствии используется в очистных сооружениях для стабилизации и активизации эффективности очистки вод.
Ключевые слова: нановолокна, носители биомассы, промышленные сточные воды, интенсификация.
1. Введение
Из-за очень высокой поверхности наноматериалы действуют иначе, чем сыпучие материалы [1]. В настоящее время, наноматериалы успешно используются во многих коммерческих и промышленных объектах [2], в том числе для интенсификации процессов очистки сточных вод. Есть два варианта, использования нанотехнологий для повышения потенциала работы очистных сооружений. Первый вариант, это использование мембран которые обладают такими свойствами, как ограничение роста микроорганизмов на поверхности воды. Второй вариант это использование нановолокон в качестве носителей биомассы. Это позволяет фиксацию микроорганизмов и удаление биоразлогаемых соединений [3]. Если нановолокна используются в качестве носителей биомассы, то происходит быстрая фиксация и стабилизация микроорганизмов. Благодаря структуре волокон, обеспечивается лучший доступ субстрата и кислорода во внутренние слои биопленки, а более толстые слои также участвуют в биодеградации. Носители могут быть прикреплены к поддержке, так называемый неподвижный слой биопленки реактора (НСБР), или находиться в движении – подвижный слой биопленки реактора (ПСБР). Биопленки на основе реакторов были успешно использованы для очистки различных промышленных сточных вод [4]. Были протестированы различные материалы и формы носителей на соответствие требованиям оптимальных характеристик (т.е. стабильности, хорошей адгезии, высокой площади поверхности) и на достижение высокой эффективности удаления. Другие свойства могут быть регулируемыми и зависят от характеристики материала.
Эта статья анализирует опыт применения нановолокна с носителями биомассы, используемых в НСБР. После лабораторных испытаний, носители были применены в очистке сточных вод . Модернизированная система очистки сточных вод рассматривает фактическую очистку промышленных сточных вод, главным образом, от производства хлорамина.
2. Материалы и методы
Полиэтиленовые волокна были использованы в качестве каркаса для фиксации полиуретановых нановолокон. Нановолокна были получены с использованием свободной поверхности устройства электропрядения. Фото нановолокон используемых в очистке сточных вод (рис.1).
Рисунок 1 – Нановолокна носители биомассы: А) нановолокна из сканирующего электронного микроскопа; В1) конечная текстильная; В2) поддерживающий слой.
3. Результаты и обсуждение
3.1. Удаление ХПК и концентрации биомассы
Концентрация биомассы в суспензии резервуара с носителями было на 10–15 % выше, чем в резервуаре без носителей. Во время производства хлорамина Т, прирост биомассы подавляется, и ее показатели значительно снижаются в резервуаре без носителей. В то время как биомасса в виде суспензии резервуара с носителями также снижается, биомасса которая прилагается на носителях остается почти стабильной, это доказывает стабилизацию баланса биомассы.
3.2. Удаление азота
До применения носителей, процент удаления азота и аммиака был очень низким. Однако вскоре после реализации предложенного устройства, было обнаружено повышенное содержание нитратного азота, но вместе с тем одновременно наблюдалось резкое снижение аммиачного азота в сточных вод. Впоследствии, снижение нитратного азота не были столь значительны, по сравнению с предыдущими этапами производства хлорамин Т.
3.3. Новая форма носителя биомассы
Новая форма носителя биомассы была разработана в нашем институте, учеными предлагалось использовать конкретные особенности наноматериалов. Эта форма носителя биомассы сделанная из полиуретана нановолокон подходит в первую очередь для NIBBR. Однако, технология производства может быть легко применена для носителей, используемых в НСБР. Его главным преимуществом является очень высокая гибкость в размерах, и высокая площадь удельной поверхности. В настоящее время, этот носитель биомассы интенсивно испытан в лаборатории завода.
4. Выводы
Реализация носителя биомассы из нановолокон в реальной станции аэрации очистки промышленных сточных вод от производства хлорамина привело к стабилизации системы. Эффективность удаления хлораминов (ХПК) и аммонийного азота увеличилось, а концентрация биомассы и ее колебания стабилизировались после применения нановолокон носителей. Хотя осадок загрузки был низким и значительно колебался, положительный эффект от носителей биомассы был виден, а именно происходило значительное изменение состава сточных вод, связанных с производством хлорамина.
Список использованной литературы
1. Moritz M., Gcszke-Moritz M., 2013: The newest achievements in synthesis, immobilization and practi¬cal applications of antibacterial nanoparticles. Chemical Engineering Journal 228, 596–613.
2. Sun Y. Z., Long H. D., Zhang M. M., Li J. L., Duvail X. Y., Yin J. H. L., 2014: Advances in three – dimensional nanofibrous macrostructures via electrospinning. Progress in Polymer Science 39, 862–890.
3. Hassani A. H., Borghei S. M., Samadyar H., Glianbari B., 2014: Utilization of moving bed biofilin reactor for industrial wastewater treatment containing ethylene glycol: kinetic and performance study. Environmental Tech
nology 35, 499–507.
4. Dvorak L., Lederer T., Jirlrit V., Masai J., Novak L., 2014: Removal of aniline, cyanides and diphenyl¬guanidine from industrial wastewater using a full-scale Moving Bed Biofilm Reactor. Process Biochemistry 49, 02–109.