RU2693780C2 - Biocomposite material for purification of waste water from phosphates - Google Patents
Biocomposite material for purification of waste water from phosphates Download PDFInfo
- Publication number
- RU2693780C2 RU2693780C2 RU2017142627A RU2017142627A RU2693780C2 RU 2693780 C2 RU2693780 C2 RU 2693780C2 RU 2017142627 A RU2017142627 A RU 2017142627A RU 2017142627 A RU2017142627 A RU 2017142627A RU 2693780 C2 RU2693780 C2 RU 2693780C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phosphates
- vkpm
- microorganisms
- purification
- waste water
- Prior art date
Links
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 26
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 title claims abstract description 26
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 title claims abstract description 19
- 239000011173 biocomposite Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000746 purification Methods 0.000 title claims abstract description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 241000194110 Bacillus sp. (in: Bacteria) Species 0.000 claims abstract description 3
- 241000589517 Pseudomonas aeruginosa Species 0.000 claims abstract description 3
- 241000589776 Pseudomonas putida Species 0.000 claims abstract 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims description 18
- 230000003100 immobilizing effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 12
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 7
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 6
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 4
- 241000589516 Pseudomonas Species 0.000 description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 4
- 241000193830 Bacillus <bacterium> Species 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- ZKHQWZAMYRWXGA-KQYNXXCUSA-J ATP(4-) Chemical compound C1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1[C@@H]1O[C@H](COP([O-])(=O)OP([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O)[C@@H](O)[C@H]1O ZKHQWZAMYRWXGA-KQYNXXCUSA-J 0.000 description 2
- ZKHQWZAMYRWXGA-UHFFFAOYSA-N Adenosine triphosphate Natural products C1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1C1OC(COP(O)(=O)OP(O)(=O)OP(O)(O)=O)C(O)C1O ZKHQWZAMYRWXGA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 2
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M Nitrite anion Chemical compound [O-]N=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000736285 Sphagnum Species 0.000 description 2
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 2
- 238000010170 biological method Methods 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 239000010840 domestic wastewater Substances 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000010842 industrial wastewater Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 229910052566 spinel group Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000209524 Araceae Species 0.000 description 1
- 241000186063 Arthrobacter Species 0.000 description 1
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 1
- 241000006364 Torula Species 0.000 description 1
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 210000003169 central nervous system Anatomy 0.000 description 1
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009881 electrostatic interaction Effects 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012851 eutrophication Methods 0.000 description 1
- 210000001035 gastrointestinal tract Anatomy 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 244000005706 microflora Species 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 229910000476 molybdenum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 description 1
- PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N oxomolybdenum Chemical compound [Mo]=O PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 230000001523 saccharolytic effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 210000000515 tooth Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
- C12N1/14—Fungi; Culture media therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
- C12N1/20—Bacteria; Culture media therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
- C12N1/20—Bacteria; Culture media therefor
- C12N1/205—Bacterial isolates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12R—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
- C12R2001/00—Microorganisms ; Processes using microorganisms
- C12R2001/01—Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales
- C12R2001/07—Bacillus
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12R—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
- C12R2001/00—Microorganisms ; Processes using microorganisms
- C12R2001/01—Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales
- C12R2001/38—Pseudomonas
- C12R2001/385—Pseudomonas aeruginosa
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12R—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
- C12R2001/00—Microorganisms ; Processes using microorganisms
- C12R2001/01—Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales
- C12R2001/38—Pseudomonas
- C12R2001/40—Pseudomonas putida
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Virology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Botany (AREA)
- Mycology (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Biological Treatment Of Waste Water (AREA)
- Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к материалам, используемым при очистке фосфатсодержащихсточных вод и может быть использовано в процессе биологической очистки промышленных и бытовых сточных вод.The invention relates to materials used in the treatment of phosphate-containing wastewater and can be used in the process of biological treatment of industrial and domestic wastewater.
В последнее время значительно увеличилось концентрация фосфатов в бытовых и промышленных сточных водах. Санитарная норма их содержания в питьевой воде составляет не более 3,5 мг/л, предельно допустимая концентрация для водоемов и рыбохозяйственных производств 0,2 мг/л. Оба значения в настоящее время превышают нормативный показатель. Загрязнение водных объектов фосфатами приводит к развитию процесса эвтрофикации (постепенному зарастанию водоемов водорослямии высшими растениями). Употребление воды с повышенной концентрацией фосфатов негативно сказывается на здоровье человека и животных. Фосфор способен накапливаться в тканях организма и вызывать заболевания центральной нервной системы, желудочно-кишечного тракта, зубов и костей.Recently, the concentration of phosphates in household and industrial wastewater has significantly increased. The sanitary standard of their content in drinking water is not more than 3.5 mg / l, the maximum permissible concentration for reservoirs and fishery production is 0.2 mg / l. Both values currently exceed the standard value. Pollution of water bodies with phosphates leads to the development of the process of eutrophication (gradual overgrowing of water bodies by algae and higher plants). The use of water with a high concentration of phosphates adversely affects the health of humans and animals. Phosphorus is able to accumulate in the tissues of the body and cause diseases of the central nervous system, gastrointestinal tract, teeth and bones.
Наряду с химическими и физическими методами очистки сточных вод от загрязняющих веществ широкое распространение получили также биологические методы очистки. Они основаны на способности микроорганизмов использовать загрязняющие вещества в качестве источников питания в процессе своей жизнедеятельности. Биологические методы являются экономически выгодными и безопасными, однако не всегда высокоэффективным. Поиск способов повышения эффективности биологической очистки сточных вод является весьма актуальной задачей в настоящее время.Along with chemical and physical methods of wastewater treatment from pollutants, biological methods of treatment are also widely used. They are based on the ability of microorganisms to use pollutants as food sources in the course of their livelihoods. Biological methods are cost effective and safe, but not always highly effective. Finding ways to improve the efficiency of biological wastewater treatment is a very urgent task at present.
Известен способ очистки сточных вод от фосфатов (RU, патент 2197436, опубл. 27,01,2003), который заключается в использовании инертного загрузочного материала, обрастающего биопленкой, в непосредственный контакт с которой введен металл, создающий условия для процессов биологической коррозии. Очистку ведут с помощью биопленки, образующейся на границе контакта загрузочного материала с металлом.A known method of purification of waste water from phosphates (RU, patent 2197436, publ. 27,01,2003), which consists in the use of inert feed material, fouling biofilm, in direct contact with which the metal is introduced, creating the conditions for biological corrosion processes. Cleaning lead using biofilm formed at the interface of the boot material with the metal.
Недостатком данного способа является возможность вторичного загрязнения воды металлом, используемым для получения биопленки, и нерастворимыми солями, выпадающими в осадок в результате электрохимических реакций.The disadvantage of this method is the possibility of secondary water contamination by the metal used to obtain the biofilm and insoluble salts precipitated as a result of electrochemical reactions.
Известен способ очистки сточных вод (RU, патент 2448056, опубл. 20.04.2012) в аэротенках в присутствии кислорода активным илом, иммобилизованным на плавающей полимерной загрузке. Поверхностный слой плавающей полимерной загрузки модифицируют полифункциональным катализатором при массовом соотношении минерального катализатора и полимера 60:40, соответственно. Глубина модифицированного слоя гранул составляет 2-2,5 мм. В качестве полифункционального катализатора используют смесь оксидов и шпинелей поливалентных металлов при соотношении компонентов, масс. %: оксид марганца 67-75; оксид молибдена 9-12; оксид хрома 5-8; шпинели поливалентных металлов 11-13. Гранулы загрузки имеют сферическую форму диаметром 18-22 мм с шипообразными выступами по всей поверхности сферы высотой 3-4,5 мм, которые располагают рядами с расстоянием между ними в 5,0 мм.A known method of wastewater treatment (RU, patent 2448056, publ. 04/20/2012) in aerotanks in the presence of oxygen with activated sludge immobilized on a floating polymer load. The surface layer of the floating polymer load is modified with a polyfunctional catalyst at a mass ratio of mineral catalyst and polymer 60:40, respectively. The depth of the modified layer of granules is 2-2.5 mm. As a polyfunctional catalyst, a mixture of oxides and spinels of polyvalent metals is used with a ratio of components, mass. %: manganese oxide 67-75; molybdenum oxide 9-12; chromium oxide 5-8; polyvalent metal spinels 11–13. The loading granules have a spherical shape with a diameter of 18-22 mm with spike-like protrusions along the entire surface of a sphere with a height of 3-4.5 mm, which are arranged in rows with a distance between them of 5.0 mm.
Недостатками данного способа является сложность модификации плавающей полимерной загрузки и не сильно эффективная очистка по фосфатам (около 86,5%).The disadvantages of this method are the difficulty of modifying the floating polymer load and not very effective purification of phosphates (about 86.5%).
Описан способ получения биокомпозитного материала для очистки сточных вод от нитрит-, нитрат- и фосфат-ионов (RU, патент 2608527, опубл. 19.01.2017), состоящего из нетканого полимера на основе сополимера акрилонитрила и метилметакрилата, полученный методом аэродинамического формования, заполненногонаполнителем, представляющим собой активированный уголь и измельченные нестерильные растения рода Сфагнум (Sphagnum) или активированный уголь и клеточные стенки водных растений семейства Рясковые (Lemnaceae), и иммобилизованную ассоциацию микроорганизмов, снижающую концентрации нитрат-, нитрит- и фосфат-ионов, в качестве которой используют ассоциацию, содержащую метилотрофные дрожжи рода Torula, бактерии родов Arthrobacter, Bacillus, Pseudomonas.A method is described for obtaining a biocomposite material for wastewater treatment from nitrite, nitrate and phosphate ions (RU, patent 2608527, publ. 01/19/2017), consisting of a nonwoven polymer based on a copolymer of acrylonitrile and methyl methacrylate, obtained by aerodynamic molding, filled with a filling agent, representing activated carbon and crushed non-sterile plants of the Sphagnum genus (Sphagnum) or activated carbon and cell walls of aquatic plants of the Lemataceae family (Lemnaceae), and immobilized association of microorganisms, zhayuschuyu concentrations of nitrate, nitrite and phosphate ions, which is used as an association containing a methylotrophic yeast genus Torula, bacteria of the genera Arthrobacter, Bacillus, Pseudomonas.
Недостатком данного изобретения является сложных многокомпонентный состав материала для очистки сточных вод.The disadvantage of this invention is the complex multicomponent composition of the material for wastewater treatment.
Наиболее близким аналогом изобретения являетсябиофильтр (RU, полезная модель 49525, опубл. 27.11.2005 г.), содержащий загрузку из полимерной сетки с пучками волокон, закрепленную на каркасном блоке из прямоугольных пластиковых рамок, скрепленных между собой в параллелепипед. В результате контакта со сточной водой на сетчатой загрузке с пучками волокон образуется биопленка из иммобилизованных микроорганизмов. Обрабатываемая жидкость свободно обтекает нити сетки и закрепленные на ней волокна, благодаря чему достигается необходимый массообмен между сточной водой и прикрепленными микроорганизмами. Применение данного биофильтра позволяет достичь более 60% очистки сточных вод по фосфатам.The closest analogue of the invention is a biological filter (RU, utility model 49525, publ. November 27, 2005) containing a load from a polymer mesh with bundles of fibers, mounted on a frame block of rectangular plastic frames fastened together in a parallelepiped. As a result of contact with wastewater on the mesh load with bundles of fibers, a biofilm is formed from immobilized microorganisms. The processed liquid freely flows around the mesh filaments and the fibers fixed on it, due to which the necessary mass exchange between the waste water and the attached microorganisms is achieved. The use of this biofilter allows to reach more than 60% of wastewater treatment by phosphate.
Недостатком данного материала является низкая степень очистки воды от фосфатов.The disadvantage of this material is the low degree of water purification from phosphates.
Технической задачей настоящего изобретения является разработка материала, обеспечивающего высокоэффективную очистку сточных вод от фосфатов с минимальным риском вторичного загрязнения очищаемой воды.The technical task of the present invention is to develop a material that provides highly efficient wastewater treatment from phosphates with minimal risk of secondary contamination of the treated water.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанного биокомпозитного материала, состоит в достижении 98,5% степени очистки сточных вод от фосфатов.The technical result achieved during the implementation of the developed biocomposite material is to achieve 98.5% of the degree of wastewater treatment from phosphates.
Технический результат достигается тем, что при разработке биокомпозитного материала используют иммобилизованную микрофлору на поверхности углеродного носителя, обеспечивающую высокую степень очистки сточных вод за счет наличия микроорганизмов деструкторов-фосфатов и носителя с высокой сорбирующей способностью.The technical result is achieved in the development of a biocomposite material using immobilized microflora on the surface of a carbon carrier, providing a high degree of wastewater treatment due to the presence of phosphate destructor microorganisms and a carrier with a high sorption capacity.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный биокомпозитный материал для очистки сточных вод от фосфатов, полученный путем иммобилизации консорциума микроорганизмов на углеродный носитель, причем для получения материала используют микроорганизмы-деструкторы фосфатов, процесс иммобилизации проходит в течение 2-6 часов при температуре 30°С и постоянном перемешивании.To achieve this technical result, it was proposed to use a developed biocomposite material for wastewater purification from phosphates, obtained by immobilizing a consortium of microorganisms on a carbon carrier, and phosphate destructor microorganisms are used to obtain the material, the immobilization process takes place for 2-6 hours at 30 ° C and constant stirring.
Предпочтительно качестве микроорганизмов-деструкторов фосфатов использованы бактерии родов Bacillus и Pseudomonas, а в качестве носителя для иммобилизации использован активированный уголь, соответствующий следующим техническими характеристикам: насыпная плотность 240 г/дм3, размер частиц - от 3,6 мм до 7 мм, массовая доля золы и влаги не более 10%, обладающий сильно развитой общей пористостью от 1,45 до 1,55 см3/г, широким диапазоном пор диаметром примерно от 2 до 45 мкм, высокой химической и биологической стойкостью.Preferably, bacteria of the genera Bacillus and Pseudomonas were used as phosphate destroying microorganisms, and activated carbon was used as a carrier for immobilization, corresponding to the following technical characteristics: bulk density 240 g / dm 3 , particle size - from 3.6 mm to 7 mm, mass fraction ash and moisture not more than 10%, with a highly developed total porosity of 1.45 to 1.55 cm 3 / g, a wide range of pores with a diameter of about 2 to 45 microns, high chemical and biological resistance.
Разработанный материал используют следующим образом.The developed material is used as follows.
При очистки сточные воды подают в установку сверху, затем они стекают самотеком вниз, проходя через слои разработанного биокомпозитного материала в режиме рециркуляции. Внутри установки разрабатываемый материал располагают либо в виде слоев, либо используют в качестве наполнителя биофильтров. Сточная вода проходит через слои биокомпозитного материала, бактерии начинают использовать фосфаты в качестве источников энергии и питания. Фосфаты участвуют в биоэнергетических процессах бактерий, регулируют и поддерживают на нужном уровне концентрацию аденозин-трифосфата (АТФ) в клетках, который играет важную роль в обмене энергии и веществ в живых организмах. Очистка воды происходит с помощью адсорбции загрязняющих веществ на поверхности активированного угля и биохимического окисления микроорганизмами консорциума.When cleaning wastewater is fed into the installation from above, then they flow down by gravity downwards, passing through the layers of the developed biocomposite material in the recirculation mode. Inside the plant, the material under development is placed either in the form of layers, or used as a filler of biofilters. Waste water passes through layers of biocomposite material, bacteria begin to use phosphates as sources of energy and nutrition. Phosphates are involved in the bioenergy processes of bacteria, regulate and maintain at the right level the concentration of adenosine triphosphate (ATP) in cells, which plays an important role in the exchange of energy and substances in living organisms. Water purification occurs by the adsorption of pollutants on the surface of activated carbon and biochemical oxidation by microorganisms of the consortium.
Пример выполнения и использования изобретения.An example of the implementation and use of the invention.
При создании консорциума выбрали штаммы бактерии Bacillus sp. В5061, Pseudomonas aeruginosa В8243 и Pseudomonas pitida В1827 (зарегистрированные в ГосНИИгенетика), которые обладают высокой ферментативной и сахаролитичекой активностью, способны использовать фосфаты в качестве источника питания и проявляют симбиотические отношение друг с другом.When creating a consortium, the strains of the bacterium Bacillus sp. B5061, Pseudomonas aeruginosa B8243 and Pseudomonas pitida B1827 (registered with GosNIIgenetika), which have high enzymatic and saccharolytic activity, are able to use phosphates as a food source and exhibit a symbiotic relationship with each other.
В качестве носителя для иммобилизации консорциума использовали активированный уголь со следующими техническими характеристиками: насыпная плотность 240 г/дм3, размер частиц - от 3,6 мм до 7 мм, массовая доля золы и влаги не более 10%, обладающий сильно развитой общей пористостью (1,45-1,55 см3/г), широким диапазоном пор (диаметр примерно 2-45 мкм), высокой химической и биологической стойкостью. Так же активированный уголь используется как адсорбент и при очистки сточных вод может адсорбировать на своей поверхности часть загрязняющих веществ, тем самым способствуя их более быстрому биохимическому окислению иммобилизованными микроорганизмами.As a carrier for the immobilization of the consortium used activated carbon with the following technical characteristics: bulk density of 240 g / dm 3 , particle size - from 3.6 mm to 7 mm, mass fraction of ash and moisture not more than 10%, having a highly developed total porosity ( 1.45-1.55 cm 3 / g), a wide range of pores (diameter about 2-45 microns), high chemical and biological resistance. Also activated carbon is used as an adsorbent and, during wastewater treatment, it can adsorb part of pollutants on its surface, thereby contributing to their more rapid biochemical oxidation by immobilized microorganisms.
Для получения биокомпозитного материала иммобилизацию микроорганизмов проводили с использованием адсорбционного метода. Для этого готовили суспензию микроорганизмов с концентрацией 107-108 КОЕ/мл и инкубировали активированный уголь и суспензию микроорганизмов при соотношении 1:1 при температуре 30°С и постоянном перемешивании в течение 2-6 часов. Адсорбция происходила за счет ионного и электростатического взаимодействия между носителем и поверхностью клетки. Данный вид иммобилизации является наиболее мягким для живых клеток. По окончанию процесса иммобилизации полученный биокомпозиционный материал промывали дистиллированной водой минимум 3 раза, для удаление не прикрепившихся микроорганизмов.To obtain a biocomposite material, the immobilization of microorganisms was performed using the adsorption method. For this purpose, a suspension of microorganisms with a concentration of 10 7 -10 8 CFU / ml was prepared and activated carbon and a suspension of microorganisms were incubated at a ratio of 1: 1 at a temperature of 30 ° C and constant stirring for 2-6 hours. Adsorption occurred due to ionic and electrostatic interactions between the carrier and the cell surface. This type of immobilization is the softest for living cells. At the end of the immobilization process, the obtained biocomposite material was washed with distilled water at least 3 times, to remove non-adhering microorganisms.
Бытовые сточные воды поступали в установку сверху и вниз, проходя через слои разрабатываемого биокомпозитного материала и циркулировали в ней в течение 48 часов. Сточная вода свободно проходит через слои биокомпозитного материала, фосфаты и другие загрязняющие вещества адсорбировались на поверхности активированного угля и взаимодействовали с иммобилизованными микроорганизмами. Степень очистки по фосфатам составила 98,5%. Остаточная концентрация фосфора не превышала показатели ПДК.Domestic wastewater flowed into the plant from the top and down, passing through the layers of the developed biocomposite material and circulated in it for 48 hours. Waste water passes freely through layers of biocomposite material, phosphates and other pollutants are adsorbed on the surface of activated carbon and interact with immobilized microorganisms. The degree of purification by phosphate was 98.5%. The residual phosphorus concentration did not exceed the MPC.
Срок эксплуатации разрабатываемого биокомпозитного материала составляет более 5 месяцев без потери показателей эффективности очистки.The lifetime of the developed biocomposite material is more than 5 months without loss of cleaning efficiency indicators.
Результаты сравнительных испытаний очистки сточных вод представлены в таблице 1.The results of comparative tests of wastewater treatment are presented in table 1.
Сравнение показало, что разрабатываемый биокомпозиционный материал на основе активированного угля и иммобилизованный на его поверхности консорциум микроорганизмов родов Bacillus и Pseudomonas является более эффективным материалом по сравнению с представленным аналогом. Повышение эффективности процесса очистки сточных вод происходит за счет использования микроорганизмов-деструкторов фосфатов, иммобилизованных на поверхности адсорбента, который сорбирует на своей поверхности часть загрязняющих веществ.The comparison showed that the developed biocomposite material based on activated carbon and the consortium of microorganisms of the genera Bacillus and Pseudomonas immobilized on its surface is a more effective material in comparison with the presented analog. Improving the efficiency of the wastewater treatment process is due to the use of phosphate destructor microorganisms immobilized on the surface of the adsorbent, which absorbs some of the pollutants on its surface.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017142627A RU2693780C2 (en) | 2017-12-06 | 2017-12-06 | Biocomposite material for purification of waste water from phosphates |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017142627A RU2693780C2 (en) | 2017-12-06 | 2017-12-06 | Biocomposite material for purification of waste water from phosphates |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2017142627A3 RU2017142627A3 (en) | 2019-06-06 |
| RU2017142627A RU2017142627A (en) | 2019-06-06 |
| RU2693780C2 true RU2693780C2 (en) | 2019-07-08 |
Family
ID=66793133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017142627A RU2693780C2 (en) | 2017-12-06 | 2017-12-06 | Biocomposite material for purification of waste water from phosphates |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2693780C2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2352635C2 (en) * | 2007-03-22 | 2009-04-20 | Институт экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения РАН | Method of producing immobilised biocatalyst and method of producing aqueous amide solutions with using this biocatalyst |
| EA201070761A1 (en) * | 2007-12-19 | 2011-02-28 | Сауди Арабиан Ойл Компани | MEMBRANE BIOLOGICAL REACTOR SYSTEM BASED ON SUSPENDED GRANULATED ACTIVATED COAL AND METHOD |
| RU2608527C2 (en) * | 2015-06-17 | 2017-01-19 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Biocomposite for purification of waste water from nitrite-, nitrate-, phosphate ions |
-
2017
- 2017-12-06 RU RU2017142627A patent/RU2693780C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2352635C2 (en) * | 2007-03-22 | 2009-04-20 | Институт экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения РАН | Method of producing immobilised biocatalyst and method of producing aqueous amide solutions with using this biocatalyst |
| EA201070761A1 (en) * | 2007-12-19 | 2011-02-28 | Сауди Арабиан Ойл Компани | MEMBRANE BIOLOGICAL REACTOR SYSTEM BASED ON SUSPENDED GRANULATED ACTIVATED COAL AND METHOD |
| RU2608527C2 (en) * | 2015-06-17 | 2017-01-19 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Biocomposite for purification of waste water from nitrite-, nitrate-, phosphate ions |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| ГЕНЕРАЛОВ К.Н. и др. "Адсорбция клеток бактерий на углеродных сорбентах".// Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета, "Химическая технология и биотехнология", 2014, с.53-64. * |
| МАКСИМОВА Ю.Г. "Биотрансформация акрилонитрила иммобилизованными клетками актинобактерий рода Rhodococcus".// Авто дисс. канд. биол. наук, 20.11.2006, Пермь. * |
| МАКСИМОВА Ю.Г. "Биотрансформация акрилонитрила иммобилизованными клетками актинобактерий рода Rhodococcus".// Автореферат дисс. канд. биол. наук, 20.11.2006, Пермь. ГЕНЕРАЛОВ К.Н. и др. "Адсорбция клеток бактерий на углеродных сорбентах".// Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета, "Химическая технология и биотехнология", 2014, с.53-64. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2017142627A3 (en) | 2019-06-06 |
| RU2017142627A (en) | 2019-06-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104085979B (en) | Nano biological filler for purifying aquaculture wastewater in biological filter tank and preparation method of nano biological filler | |
| CN103203179B (en) | A kind of preparation method of many micropores negative ion far-infrared electric field biocompatible filler | |
| WO1995023768A1 (en) | Adsorbent biocatalyst porous beads | |
| CN102965365A (en) | Preparation method for microbial nanospheres for water quality purification | |
| CN103451103B (en) | High-cadmium-adsorption filamentous fungus Paecilomyces lilacinus XLA, and preparation method and application thereof | |
| Wuyep et al. | Biosorption of Cr, Mn, Fe, Ni, Cu and Pb metals from petroleum refinery effluent by calcium alginate immobilized mycelia of Polyporus squamosus | |
| KR20110122953A (en) | Formation method for purifying marsh using accumulated micro organism and functional ceramics | |
| CN104261570A (en) | Livestock and poultry breeding anaerobic wastewater purifying agent | |
| Soumya et al. | Removal of phosphate and nitrate from aqueous solution using seagrass Cymodocea rotundata beads | |
| JP2017209647A (en) | Inclusion carrier of microorganism for water treatment, water treatment method and manufacturing method of inclusion carrier | |
| Kőnig-Péter et al. | Biosorption characteristics of Spirulina and Chlorella cells to accumulate heavy metals | |
| Ketwong et al. | Removal of heavy metal from synthetic wastewaterusing calcined golden apple snail shells | |
| JP5730626B2 (en) | Selenium-containing water reduction treatment apparatus and selenium-containing water reduction treatment method | |
| RU2693780C2 (en) | Biocomposite material for purification of waste water from phosphates | |
| JP4890816B2 (en) | Immobilization of bacterial cells on hydrophobic carrier | |
| Dianati-Tilaki et al. | Study of cadmium removal from environmental water by biofilm covered granular activated carbon | |
| WO2007103875A2 (en) | Systems and methods for reducing water contamination | |
| CN110964713A (en) | Preparation method of immobilized microorganism particles for removing ammonia nitrogen from black and odorous water | |
| Zhang et al. | Selection of optimum formulation for biosorbing lead and cadmium from aquatic solution by using PVA-SA’s immobilizing Lentinus edodes residue | |
| CN109928518B (en) | Efficient water purifying agent | |
| CN109928451B (en) | Preparation method of efficient wetting purifying agent and application of efficient wetting purifying agent in environmental purification | |
| Mohammad et al. | Adsorptive and bioremoval of fluoride from synthetic wastewater by using Actinobacter immobilized on the surface of sweet lemon peel | |
| CN205472754U (en) | Grid type active glass filtering filler | |
| KR20020080826A (en) | Carrier For Immobilization Of Microorganisms Based On Scoria And The Preparation Method Thereof | |
| JP6679256B2 (en) | Water purification agent and water purification method |