Анаммокс – как метод удаления соединений азота из сточных вод и перспективы его применения в Украине

Проведен краткий обзор исследования метода анаммокс – анаэробного аммиакоокисления; описана суть химических преобразований этого метода и приведены некоторые виды микроорганизмов, которые принимают участие в превращении аммиака; проанализированы основные известные технологические параметры работы не...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2008
1. Verfasser:	Михайловская М.В., М.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України 2008
Schriftenreihe:	Химия и технология воды
Schlagworte:	Биологические методы очистки воды
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130607
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Анаммокс – как метод удаления соединений азота из сточных вод и перспективы его применения в Украине / М.В. Михайловская // Химия и технология воды. — 2008. — Т. 30, № 6. — С. 675-683. — Бібліогр.: 22 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-130607
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1306072025-02-09T13:35:17Z Анаммокс – как метод удаления соединений азота из сточных вод и перспективы его применения в Украине Anammox as means of ammonia compounds removal and prospects of its application in Ukraine Михайловская М.В., М.В. Биологические методы очистки воды Проведен краткий обзор исследования метода анаммокс – анаэробного аммиакоокисления; описана суть химических преобразований этого метода и приведены некоторые виды микроорганизмов, которые принимают участие в превращении аммиака; проанализированы основные известные технологические параметры работы нетрадиционных методов удаления аммиака из сточных вод; сконструирована пилотная установка и проведены эксперименты по апробации метода анаммокс для обезвреживания жидких токсических отходов коксохимического предприятия. Зроблено короткий огляд історії відкриття методу анаммокс; описано суть хімічних перетворень та наведено основні види мікроорганізмів, які беруть участь у перетворенні аміаку; проаналізовано основні відомі технологічні параметри нетрадиційних методів видалення аміаку із стічних вод; сконструйовано пілотну установку та проведено експерименти із застосуванням методу анаммокс для знешкодження рідких токсичних відходів коксохімічного виробництва. There is a brief description of anammox process discovery given in the article; essence of biochemical transformations and main species of microorganisms involved in the process of ammonia dissociation are described; the main technological parameters of non-conventional methods of ammonia removal from wastewater are analyzed; pilot plant was installed and experiments concerning anammox process application for treatment of coke-chemical industry liquid toxic wastes were conducted. 2008 Article Анаммокс – как метод удаления соединений азота из сточных вод и перспективы его применения в Украине / М.В. Михайловская // Химия и технология воды. — 2008. — Т. 30, № 6. — С. 675-683. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. 0204-3556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130607 ru Химия и технология воды application/pdf Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Биологические методы очистки воды Биологические методы очистки воды
spellingShingle	Биологические методы очистки воды Биологические методы очистки воды Михайловская М.В., М.В. Анаммокс – как метод удаления соединений азота из сточных вод и перспективы его применения в Украине Химия и технология воды
description	Проведен краткий обзор исследования метода анаммокс – анаэробного аммиакоокисления; описана суть химических преобразований этого метода и приведены некоторые виды микроорганизмов, которые принимают участие в превращении аммиака; проанализированы основные известные технологические параметры работы нетрадиционных методов удаления аммиака из сточных вод; сконструирована пилотная установка и проведены эксперименты по апробации метода анаммокс для обезвреживания жидких токсических отходов коксохимического предприятия.
format	Article
author	Михайловская М.В., М.В.
author_facet	Михайловская М.В., М.В.
author_sort	Михайловская М.В., М.В.
title	Анаммокс – как метод удаления соединений азота из сточных вод и перспективы его применения в Украине
title_short	Анаммокс – как метод удаления соединений азота из сточных вод и перспективы его применения в Украине
title_full	Анаммокс – как метод удаления соединений азота из сточных вод и перспективы его применения в Украине
title_fullStr	Анаммокс – как метод удаления соединений азота из сточных вод и перспективы его применения в Украине
title_full_unstemmed	Анаммокс – как метод удаления соединений азота из сточных вод и перспективы его применения в Украине
title_sort	анаммокс – как метод удаления соединений азота из сточных вод и перспективы его применения в украине
publisher	Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України
publishDate	2008
topic_facet	Биологические методы очистки воды
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130607
citation_txt	Анаммокс – как метод удаления соединений азота из сточных вод и перспективы его применения в Украине / М.В. Михайловская // Химия и технология воды. — 2008. — Т. 30, № 6. — С. 675-683. — Бібліогр.: 22 назв. — рос.
series	Химия и технология воды
work_keys_str_mv	AT mihajlovskaâmvmv anammokskakmetodudaleniâsoedinenijazotaizstočnyhvodiperspektivyegoprimeneniâvukraine AT mihajlovskaâmvmv anammoxasmeansofammoniacompoundsremovalandprospectsofitsapplicationinukraine
first_indexed	2025-11-26T06:29:16Z
last_indexed	2025-11-26T06:29:16Z
_version_	1849833357183025152
fulltext	ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2008, т. 30, №6 675  М.В. МИХАЙЛОВСКАЯ, 2008 БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ВОДЫ УДК 628.315 М.В. Михайловская АНАММОКС – КАК МЕТОД УДАЛЕНИЯ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА ИЗ СТОЧНЫХ ВОД И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ В УКРАИНЕ Проведен краткий обзор исследования метода анаммокс – анаэробного амми- акоокисления; описана суть химических преобразований этого метода и при- ведены некоторые виды микроорганизмов, которые принимают участие в превращении аммиака; проанализированы основные известные технологичес- кие параметры работы нетрадиционных методов удаления аммиака из сточ- ных вод; сконструирована пилотная установка и проведены эксперименты по апробации метода анаммокс для обезвреживания жидких токсических отхо- дов коксохимического предприятия. Важным аспектом очистки промышленных, коммунальных и быто- вых сточных вод является освобождение их от органических и неорга- нических соединений азота. С микробиологической точки зрения, круговорот соединений азота состоит из пяти метаболических реакций (нитритация, нитратация, де- нитрификация, диссимиляционное окисление нитрата и анаэробное окис- ление аммиака); трех анаболических реакций (поглощение аммиака, ас- симиляционное окисление нитрата и фиксация азота) и аммонификации [1]. Все составляющие, за исключением реакций анаммокс, были извес- тны давно. Классическое удаление соединений азота из сточных вод основы- вается на двух метаболических реакциях – нитри- и денитрификации. Благодаря уникальным исследованиям выдающегося микробиолога С.Н. Виноградского [2 – 4] эти реакции до сих пор используются в большинстве современных биологических очистных сооружений. Од- нако недавно в иле биореактора очистных сооружений г. Дельфта (Гол- ландия) был замечен новый процесс микробиологического удаления азотсодержащих соединений из сточных вод [5]. Этот новейший про- цесс анаэробного окисления аммиака получил название анаммокс и описан в виде 676 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2008, т. 30, №6 . Анаммокс означает окисление аммиака до N2 с помощью нитрита или нитрата в качестве акцептора электронов в анаэробных условиях [6,7]. Опыты с меченым 15N показали, что один атом азота образован- ного N2 происходит от нитрита, а другой – от аммиака. Интермедианта- ми анаммокс были определены гидроксиламин (NН2ОН) и гидразин (N2Н4) [6]. В настоящее время метод анаммокс применяют и на некоторых дру- гих очистных сооружениях [8 – 11]. Наличие бактерий, ответственных за анаммокс-реакции, было пре- дугадано уже давно на основании термодинамических расчетов и эво- люционных представлений [12]. Последующие опыты показали, что анаммокс реализуется с помощью автотрофных бактерий семейства Planctomycetales [13]. Считается, что к ним принадлежат два пресно- водных вида – Сandidatus Brocardia anammoxidans [14] и Candidatus Kuenenia stuttgartiensis [15] и три морских вида – Candidatus Scalindua sorokinii [16], Candidatus Scalindua brodae и Candidatus Scalindua wagneri [17]. Кроме того, были описаны также миксотрофные анам- мокс-актерии – Candidatus Anammox globus [18]. Все эти микроорганизмы имеют структурно-цитологическую особен- ность – внутри клеток существуют богатые белком участки с наиболее низким содержанием рибосом, чем в соседних компартментах [19]. Так же постулируется, что эти организмы способны окислять нитрит до нит- рата и генерировать энергию для фиксации СО2 [6]. Сandidatus Brocardia anammoxidans растут очень медленно; считается, что время их удвоения составляет 31 сут [20]. Для анаммокс-организмов характерна также стра- тификация по своей микросреде обитания, которая предопределена оп- тимальными температурой и концентрацией кислорода, а также окисли- тельно-восстановительными показателями, продолжительностью пребывания, наличием определенной концентрации аммиака, нитрата или нитрита, защитой от хищников. Схема распределения микроорганизмов приведена на рис.1. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2008, т. 30, №6 677 Рис. 1. Структура биопленки, участвующая при анаэробном окислении аммиака [6] Стратификация хорошо коррелирует с химическими превращения- ми азота в биопленке, образованной на капроновом волокнистом носи- теле, который предназначен для иммобилизации микроорганизмов, или трансформациями, происходящими в гранулированном иле. Большое ко- личество анаэробных и аэробных автотрофных бактерий, окисляющих аммиак, в биопленке создают условия как для продуцирования нитрата, так и для окисления аммиака. Аммиак (> 50 мг/дм3) при поступлении со сточными водами не успевает полностью окисляться аэробными бактериями (Nitrospira, Nitrosomonas, Nitrobacter), находящимися в верхнем слое биопленки, до нитрита или нитрата и проникает глубже, ближе к самому волокну. Здесь в анаэробных/аноксидных условиях живут и размножаются анаммокс- бактерии, которые потребляют нитрит/нитрат и аммиак и используют эти вещества для наращивания собственной биомассы, при этом они вы- деляют N2. Следовательно, в биопленке толщиной 0,5 мм могут эффек- тивно, даже симбиотично, уживаться субстрат-конкурентные виды бак- терий [18]. Преимуществами метода анаммокс перед традиционным комбини- рованием нитрификации и денитрификации во время очистки сточных вод являются: – пониженная потребность в кислороде; – отсутствие необходимости внесения внешних источников углеро- да, например метанола, поскольку процесс автотрофный; – предотвращение образования избыточного количества ила; – экономия на источниках энергии (рис. 2). 678 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2008, т. 30, №6 Рис. 2. Сравнительная схема традиционной технологии микробного удаления азота и анаэробного окисления аммиака [21] Однако применение этого метода может сдерживаться из-за длитель- ного времени, требующегося для нарастания биомассы анаммокс-бакте- рий. Для понимания его важности в естественных и искусственно со- зданных системах необходимо было изучить и идентифицировать анаммокс-бактерии в чистой культуре. Однако выделение этих бактерий является очень сложной и пока непреодолимой задачей. Медленная ско- рость размножения указанных бактерий и недостаточные знания отно- сительно оптимального уровня нитритов, аммиака, нагрузки по органи- ческому углероду, количества кислорода и режимов рН приводят к тому, что наращивание достаточной для конкретных сточных вод биомассы занимает много времени (от 100 сут до нескольких лет). Базовые физиологические данные относительно метода анаммокс наиболее детально исследованы на очистных сооружениях г. Дельфта [20]. Оказалось, что оптимальными условиями для развития анаммокс-бакте- рий является температура 30 – 40°С, рН 7 – 8, количество растворенного в воде кислорода 0,25 – 1,3 мг/ дм3. При этом в сточных водах непремен- но должен присутствовать фосфор при концентрации 15 – 20 мг/ дм3. Избыточное количество фосфатов может ингибировать деятельность микроорганизмов. Показано, что использование гранулированного или закрепленного на носителях активного ила более эффективно, чем сво- бодноплавающего. Это объясняется тем, что анаммокс-организмы склон- ны формировать стабильные и достаточно большие кластеры, включаю- щие до 350 клеток [19]. Поэтому особое внимание было уделено способам иммобилизации этих микроорганизмов. Цель данной работы – анализ работ иностранных ученых по внедре- нию новейших микробиологических способов удаления соединений азота ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2008, т. 30, №6 679 из сточных вод и изучение возможности применения таких способов в отечественных условиях. Рассмотрев основные работы за последние 10 лет [3 –10], нами сделана попытка смоделировать условия, необходи- мые для испытания метода анаммокс. Методика эксперимента. На базе ООО "Энвитек" сконструирована пилотная установка по биологической очистке, в которую помещен мик- робиологический материал и жидкие токсические отходы. Установка состояла из трех циркуляционных колонн диаметром 1 дм и высотой 1,5 м, емкости для воды и погружных насосов (рис.3). Производительность одного насоса составляла 10 дм3/ч. Колонны отличались тем, что две из них были анаэробными (концентрация растворенного О2  1 мг/ дм3), а третья – аноксидная (концентрация растворенного О2  1мг/ дм3). Цель такого разделения колонн – определить, какие условия более благопри- ятны для анаэробного окисления аммиака. Рис.3. Схема пилотной установки по биологическому удалению аммиака: 1, 2 – анаэробные колонны, 3 – апоксидная колонна Жидкие токсические отходы коксохимического производства были выб- раны в качестве очищаемой жидкости. Она характеризовалась значением рН 6 – 7, средними концентрациями NН4 + – 500, ХПК – 2600, NО2 - – 4, NО3 - – 410, Fe2+ – 25, SO4 2-– 35 мг/ дм3. Соотношение нитратов/аммиака (0,8) было близким к оптимальному (1,2 – 1,5) [22]. Поскольку в [5, 7, 11, 15] отмечено, что наиболее благоприятным для развития и размножения анаммокс-бактерий является значение рН 7 – 8, в жидкость дозировали ивестковое молоко. Кроме того, в качестве источника фосфора, который, по данным химических анализов, сначала отсутствовал, но являлся важ- ным питательным элементом для развития бактерий, в сточные воды до- бавляли ортофосфорную кислоту из расчета 15 – 20 РО4 3- мг/ дм3. Осо- бенностью заводского ила было то, что в течение трех месяцев в его 680 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2008, т. 30, №6 аэротенках находился капроновый волокнистый носитель "ВИЯ", пред- назначенный для иммобилизации микроорганизмов [22]. При внесении носителя "ВИЯ" с иммобилизированными на нем мик- роорганизмами из производства в пилотную установку биомасса, адап- тированная к химическому составу коксохимических стоков, должна была обрасти пустые носители, ускоряя, таким образом, эффективность рабо- ты пилотной установки. Температуру в установке поддерживали термо- статированием при 28 – 30°C. Результаты и их обсуждение. На рис. 4 и 5 приведены данные двух- месячного функционирования установки. Рис. 4. Динамика снижения концентрации аммиака в пилотной установке Рис. 5. Динамика уменьшения ХПК в пилотной установке ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2008, т. 30, №6 681 В подобных опытах авторами [5, 7, 11, 15] был использован активный ил, закрепленный на разнообразных пластиковых кольцах, шариках, или гранулированный ил. В нашем случае применен носитель "ВИЯ" из супер- тонкого химического волокна, которое обросло биопленкой толщиной 0,2 – 0,5 мм, где, вероятно, были созданы послойные аэробно-анаэробные усло- вия. Данные микроскопии представлены на рис.6. Рис. 6. Микроорганизмы (1), иммобилизированные на носителе "ВИЯ"(2) (а – б – сточные воды Бортнической станции аэрации, в – г – жидкие токсические отходы коксохимического предприятия "Азовсталь"). Увеличение х 40 Установлено (см. рис. 4 и 5), что скорость и периоды уменьшения количества аммиака и ХПК коррелируют между собой. За период фун- кционирования пилотной установки (46 сут) концентрация аммиака сни- зилась с 493 до 4,35 мг/дм3 в аноксидной колонне и до 3,81 мг/дм3 – в анаэробных колоннах, а ХПК – соответственно с 2560 до 621 и до 523 мг/ дм3. Кроме того, динамика снижения концентрации загрязняющих ве- ществ в анаэробных колоннах (на рис. 4, 5 приведено усредненное зна- чение по обеим анаэробным колоннам) была чуть больше, чем в анок- сидной колонне. На 32 сут после запуска пилотной установки вода стала бурого цвета, что является характерным признаком активного функцио- нирования анаммокс-бактерий [16]. 682 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2008, т. 30, №6 Через 40 сут функционирования установки цвет воды стал светло- желтым. Исчез также специфический запах жидких токсических отхо- дов коксохимического завода. Выводы. Таким образом, изучены литературные данные иностранных исследователей в области новейших микробиологических способов уда- ления соединений азота из сточных вод, проанализированы основные тех- нологические параметры работы установок, сконструирована и запущена собственная пилотная установка, которая имела следующие параметры работы: степень снижения концентрации аммиака – 99%; степень сниже- ния ХПК – 80%. Подобранные технологические условия (исходный состав воды, бес- кислородные условия разложения аммиака, температура на уровне 28 – 30 оС, рН 7 – 8, иммобилизация микроорганизмов на носителях "ВИЯ" из супертонкого химического волокна с образованием биопленки) дают возможность утверждать, что освобождение жидких токсических отхо- дов коксохимического производства от аммиака в лабораторных услови- ях происходило по механизму анаммокс. Резюме. Зроблено короткий огляд історії відкриття методу анаммокс; описано суть хімічних перетворень та наведено основні види мікроор- ганізмів, які беруть участь у перетворенні аміаку; проаналізовано основні відомі технологічні параметри нетрадиційних методів видалення аміаку із стічних вод; сконструйовано пілотну установку та проведено експери- менти із застосуванням методу анаммокс для знешкодження рідких ток- сичних відходів коксохімічного виробництва. M.V. Mykhailovska ANAMMOX AS MEANS OF AMMONIA COMPOUNDS REMOVAL AND PROSPECTS OF ITS APPLICATION IN UKRAINE Summary There is a brief description of anammox process discovery given in the article; essence of biochemical transformations and main species of microorganisms involved in the process of ammonia dissociation are described; the main technological parameters of non-conventional methods of ammonia removal from wastewater are analyzed; pilot plant was installed and experiments concerning anammox process application for treatment of coke-chemical industry liquid toxic wastes were conducted. 1. Brock T.D., Madigan M.T., Martinko J.M., Parker J. // Biology of microorgan- isms. – New Work:: 8th Edn. Upper Saddle River NJ.,1997. – 322 p. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2008, т. 30, №6 683 2. Winogradsky S.N. // Ann.Inst. Pasteur. – 1890. – N4. – Р.36 – 57. 3. Kluyver A.J, Donker H.J.K. //Chem Zelle u Gewebe. – 1926. – 13. – P.134 – 190. 4. Beijerinck M.W., Minkman D.C.J. // Zentralbl Bakteriol Parasitenk, Abt. – 1910. – 2, N25. – P. 30 – 63. 5. Mulder A, van de Graaf A.A, Robertson L.A, Kuenen J.G. // FEMS Microbiol. Ecol. – 1995. –16. – P.177 – 184. 6. Van de Graaf A.A., de Bruijn P., Roberston L.A., Jetten M.S.M., Kuenen J.G. // Microbiology. – 1996. – 142. – P.2187 – 2196. 7. Strous M., van Gerven E., Kuenen J.G., Jetten M.S.M. // Appl. Environ. Mi- crobiol. – 1997. – 63. – P. 2446 – 2448. 8. Egli K., Fanger U., Alvarez P.J.J., Siegrist H., van der Meer J.R., Zehnder A.J.B. // Arch. Microbiol. – 2001. – 175. – P.198 – 207. 9. Fux C., Boehler M., Huber P., Brunner I., Siegrust H. // Biotechnol. – 2001. – 99. – P.295 – 306. 10. Van Dongen U., Letten M.S.M., van Loosdrecht M.C.M. // Water Sci. and Tech- nol. – 2001. – 44, N1. – P.153 – 160. 11. Van der Star W. R.L., Abma R.W., Blommers D., Mulder J.W., Tokutomi T., Strous M., Picioreanu C., van Loosdrecht M.C.M. // Water Res. – 2007. – N 41. – P. 4149 – 4163 12. Broda E. // Z. Allg. Mikrobiol. – 1977. – 17. – S. 491 – 493. 13. Fuerst J.A. // Microbiology. – 1995. – 141. – P.1493 – 1506. 14. Strous M., Fuerst J.A., Kramer E.H.M., Logemann S., Muyzer G., van de Pas- Schoonen K.T., Webb R., Kuenen J.G., Jetten M.S.M. // Nature. – 1999. – 400. – P. 446 – 449. 15. Kuypers M.M.M., Sliekers A.O., Lavik G., Schmid M., Jшrgensen B.B., Kuenen J.G., Sinninghe Damsteґ J.S., Strous M., Jetten M.S.M. // Nature. – 2003. – 422. – P.608 – 611. 16. Schmid M., Walsh K., Webb R. et al. // Syst. Appl. Microbiol. – 2003. – 26. – P.529 – 538. 17. Kartal B., Rattray J., van Niftrik L.A., van de Vossenberg J., Schmid M.C.,Webb R.I., Schouten S., Fuerst J.A., Damste J.S., Jetten M.S.M., Strous M. // Ibid. – 2006. – 30. – P.39 – 49. 18. Egli K.R.//Dissertation, Swiss Federal Institute of Technonlogy. – Zurich, 2003. – 116 p. 19. Jetten M.S.M., Strous M., van de Pas-Schoonen K.T., Schalk J., van Dongen U.G.J.M., van de Graaf A.A, Logemann S., Muyzer G., van Loosdrecht M.C.M., Kuenen J.G.// FEMS Microbiol. – 1999. – 22. – P.421 – 437. 20. Гвоздяк П.І., Михайловська М.В. // Тр. НПК "Сучасні пробл. охорони довкілля, рац. використання водних ресурсів та очистки природ. і стічних вод" (Миргород, квітень 2007). – Миргород, 2007. – С. 28 – 31. 21. Gut L., Pіaza E., Dіugoікcka M., Hultman B. // Vatten. – 2005. – 61, N 3. – P.175 – 182. 22. А.с. 1566675 СССР, МКИ 5СО2F3/30/ П.І. Гвоздяк, Н.Ф.Могилевич, О.Д. Денис. – Опубл. 30.11.92, Бюл. № 21. Нац. техн. ун-т Украины "Киев. политехн. ин-т", г. Киев Поступила 01.11.2007

Анаммокс – как метод удаления соединений азота из сточных вод и перспективы его применения в Украине

Institution

Ähnliche Einträge