8138

61

земли. Одновременно прекращаются процессы гниения и брожения. Организмы подавленной микрофлоры слипаются в друзы и сжимаются. Яйца гельминтов изменяют форму, или «стекают». В случае комплексов хрома, кобальта, никеля и меди погибшие микроорганизмы окрашены в зеленый, розовый, голубой или в синий цвет соответственно. Жизнедеятельность микроорганизмов и яиц гельминтов не возобновляется даже при добавлении питательной среды. При добавлении комплексов в осадок, в количестве в 4-5 раз превышающем летальные дозы для яиц гельминтов, клеща и мух на поздней стадии, появляющиеся из них гельминты и личинки ослаблены, не способны к последующему развитию и размножению и довольно быстро погибают.

Возможна антибактериальная обработка и дегельминтизация механически обезвоженного осадка и осадка на иловых картах, уплотненного осадка или осадка при его формировании и усреднении.

Для антибактериальной обработки и дегельминтизации осадка используется реагент, представляющий смесь жидкого бактерицида – состав ММЭ-Т, жидкой композиции натриевых солей пептидов – композиция Экомос-ШМ и гидроокиси натрия.

Количество гидроксоаминокислотных комплексов меди, натриевых солей, пептидов и гидроокиси натрия (моль/л) отвечает соотношению 1/0,4÷0,6/0,8÷1.

Реагент для антибактериальной обработки и дегельминтизации осадка должен отвечать показателям, приведенным в таблице 7.

Определение показателей проводится по методикам ТУ 18517698-1- 98 на состав ММЭ-Т.

Реагент поставляется на очистные сооружения предприятиемизготовителем в готовом виде либо двумя компонентами – смесь состава ММЭ-Т с гидроокисью натрия и композиция Экомос-ШМ. В последнем случае смешение компонентов проводится на очистных сооружениях.

62

Бактерицидный консервирующий реагент представляет собой темносинюю или черную суспензию, допускается слабый запах аммиака, плотность 1100-1150 г/дм3, температура замерзания (-15÷-20)°С, температура кипения 110-114 °С. Молекулярная масса 175-180. Проявляет щелочную реакцию, смешивается с водой. Разрешен для применения санэпиднадзором МЗ РФ (санитарно-эпидемиологическое заключение № 50.ФУ.02.240.П.019205.10.01 от 01.10.2001 г. Государственной санитарноэпидемиологической службы Российской Федерации).

Взаимодействие комплексов с группировками белка оболочек патогенной микрофлоры наиболее эффективно при рН≥6,8. В этих условиях доза реагента не зависит от рН. При рН=6 для достижения эффекта потребуется увеличить расход реагента в 2 раза, а при рН=5,6 – в 4 раза.

При энтеральном введении он относится к 4-му классу опасности (малоопасные вещества по ГОСТ 12007-76, LD50=13,5 г/кг), не оказывает токсического действия на организм, не вызывает местного раздражения кожи, слизистых оболочек. При длительном контакте возможна сухость кожи рук.

Не горит, не взаимодействует со стеклом, бетоном, кафелем, керамикой, резиной, пластиком, титаном, вызывает коррозию меди, сплавов меди и алюминия. Коррозия прекращается при разбавлении водой в один и более раз.

63

2.2.2. Детоксикация осадков аминокислотными композициями

Токсичность осадка, как это было показано выше, обусловлена главным образом токсичными ионами и соединениями тяжелых металлов.

Снижение или подавление токсического действия ионов и соединений металлов возможно двумя путями – извлечением ионов и соединений из осадка до величин ПДК либо химическим и биологическим маскированием без извлечения из осадка. Последнее предусматривает образование в осадке устойчивых нетоксичных соединений, при диссоциации которых концентрации ионов металлов были соизмеримы или ниже ПДК.

В целом, методы детоксикации, направленные на извлечение токсичных элементов из общей массы осадка (например, катодное извлечение тяжелых металлов, обработка реагентами), требуют больших энергетических и материальных затрат и не могут рассматриваться в качестве приемлемых методов на городских станциях аэрации большой мощности.

Таким образом, предпочтительным является второй путь детоксикации осадков городских сточных вод. Детоксицирование осадка, основанное на химическом и биологическом маскировании, в литературе рассматривается с позиций образования в осадке нерастворимых в воде соединений. При выборе реагента руководствуются универсальностью реагента и значениями произведения растворимости; полагая, что нерастворимые соединения нетоксичны, их опасность определяется равновесной концентрацией ионов металлов, рассчитываемых из произведения растворимости.

Связывание ионов металлов в аминокислотные комплексы является оптимальным вариантом биологического маскирования металлов в осадке.

64

Многие тяжелые металлы, ионы которых токсичны, известны как микроэлементы, без которых невозможна жизнедеятельность. Это медь, цинк и кобальт, хром и никель. В организм человека и животных соединения соответствующих металлов попадают через пищу из растений, а в растения – из почвы. Многие соединения металлов, попадающие в организм из пищи, растворимы в воде, но не токсичны. В почве содержание металлов, как правило, выше содержания солей тех же металлов в осадках сточных вод промышленных регионов. Однако почвы менее токсичны, чем осадки, и являются средой обитания естественной микрофлоры, червей и других организмов. При этом уменьшение содержания металлов отрицательно сказывается на продуктивности почвы и качестве продуктов питания. Следовательно, в почве металлы находятся в виде соединений, не проявляющих токсического действия.

Ионы хрома, кобальта, никеля, меди, цинка, кадмия и свинца являются комплексообразователями. В организме находится большое число соединений, с которыми указанные металлы образуют комплексы. Эти вещества участвуют практически во всех биохимических циклах, ионы металлов образуют с ними устойчивые растворимые и нерастворимые комплексы. Попадая в организм in vitro, они связывают какой-либо реагент, изменяя или подавляя его реакционную способность к превращениям в том или ином биохимическом цикле. Результатом этого является нарушение нормального метаболизма.

Попадая в сложную многокомпонентную систему, каковой является организм, ионы металлов будут связывать в первую очередь те реагенты, образование комплексов с которыми наиболее выгодно энергетически. Мерой выигрыша образования комплекса в водной среде является константа устойчивости. Анализ данных показывает, что во всех случаях самые большие константы устойчивости у комплексов металлов с анионами аминокислот. Следовательно, при попадании иона металла в организм in

65

vitro он в первую очередь будет связывать аминокислоты. Аминокислоты играют важнейшую роль в процессах жизнедеятельности. Токсическое действие ионов металлов заключается в том, что анионы аминокислот, связанные в комплекс, не способны к реакциям дезаминирования, декарбоксилирования, к превращениям в соответствующих биохимических циклах, к конденсации с образованием пептидов и белков. Выключение аминокислот из важнейших процессов приводит к тяжелым поражениям органов пищеварения, препятствует образованию гемоглобина, соединительных тканей, нервных тканей и нарушений многих других функций организма. Образующиеся аминокислотные комплексы, как наиболее устойчивые, не взаимодействуют с другими реагентами.

Если металлы будут попадать в организм in vitro в виде аминокислотных комплексов, то учитывая, что комплексы не смогут вступать в реакции с другими реагентами по причине энергетической невыгодности взаимодействий, они будут выводиться из организма как инертные вещества, не оказывая влияния на метаболизм.

Детоксиканты на основе солей щелочных металлов аминокислот должны быть доступны и дешевы. В этом аспекте определенный интерес представляют неразделенные смеси аминокислот, получаемые гидролизом белков в виде белоксодержащих отходов выделки меха и кожи, мясо-, птице- и рыбопереработки и т.п., например композиция натриевых солей аминокислот (название – АК-3Э). Композиция состоит из жидких гидратов натриевых солей аланина, валина, глицина, лейцина и т.д. Средняя молекулярная масса – 125-130.

Обработка данным реагентом предусматривает образование в осадке устойчивых нетоксичных соединений, при диссоциации которых концентрации ионов металлов соизмеримы или ниже ПДК. Осадки после обработки можно безопасно утилизировать различными способами.

66

В качестве реагента для детоксицирования и обеззараживания используется композиция натриевых солей аминокислот – композиция АК3Э. Его действие основано на связывании ионов тяжелых металлов, в первую очередь хрома, никеля, кобальта, меди, цинка, кадмия, свинца, в устойчивые нетоксичные и биологически стабильные и малорастворимые аминокислотные комплексы, подобные соединениям, в виде которых металлы находятся в природных нетоксичных почвах.

Доза анионов аминокислот в виде композиции АК-3Э, необходимых для перевода ионов металлов в аминокислотные комплексы на 1 кг осадка в виде сухого вещества (Р, моль/кг), рассчитывается по формуле:

P = 254,9mMn + 263,5mCu + 351,9mCr + 256,7mNi + 256,9mCo + 265,4mZn + 2207,2mPb + 2112,4mCd ,

где m – содержание металла, г/кг.

Композиция АК-3Э представляет собой коричневую или темнокоричневую жидкость со специфическим запахом, плотность – 1050-1080 г/дм3, температура замерзания – (-10÷-12 °С), температура кипения – 100105 °С, состоит из жидких гидратов натриевых солей низших аминокислот. Средняя молекулярная масса – 125-130. Проявляет щелочную реакцию, смешивается с водой, взаимодействует с кислотами.

Разрешена к применению Госсанэпиднадзором МЗ РФ (Санитарноэпидемиологическое заключение № 50.ФУ.02.240.П.019206.10.01 от 01.10.2002 г.). Композиция АК-3Э отвечает требованиям ТУ 18517698-4-98, приведенным в таблице 8.

67

При энтеральном введении АК-3Э относится к 4-му классу опасности

– малоопасные вещества по ГОСТ 12.007-76; LD(50)>20 г/кг, не оказывает общего токсического действия на организм, не вызывает местного раздражения кожи и слизистых оболочек.

При длительном контакте возможна сухость кожи рук. Работать рекомендуется в перчатках. При разбавлении более 50 раз биологически разлагается, в условиях применения не оказывает влияния на жизнедеятельность основных видов микрофлоры водоемов. Не горюча, не взаимодействует со стеклом, бетоном, кафелем, керамикой, резиной и пластиком; не вызывает коррозию черных металлов, титана, меди, сплавов меди; взаимодействует с алюминием при длительном контакте.

2.2.3. Получение аминокислотных композиций

Аминокислотные композиции получают по техническим условиям путем щелочного гидролиза белоксодержащего сырья. Процесс получения реагентов протекает в несколько стадий (рисунок 5): измельчение белоксодержащего сырья, подготовка белоксодержащего сырья, непосредственно процесс гидролиза, охлаждение и разделение гидролизата, на следующей стадии реагент (детоксикант) разливают в тару, обеззараживающий реагент получают путем добавления к гидролизату солей меди.

Для ускорения реакции и увеличения выхода продукта предусматривается измельчение сырья в дробилке.

Аминокислотные композиции АК-3Э и ММЭ-Т изготавливаются централизованно ГосНИИОХТ (г. Москва) и поставляются потребителям в виде 1-3 молярного раствора в специальных емкостях. Стоимость реагентов от 20 до 30 руб./литр.

69

3

2 8

7

1

Рисунок 6. – Схема аппарата для получения аминокислотных реагентов: 1 – водопаровая камера; 2 – пропарочная камера; 3 – крышка; 4 – водонагревательн элемент; 5 и 6 – спускные краны; 7 –водоуказательное стекло; 8 – манометр

Основная часть аппарата — герметичная водопаровая камера для получения водяного пара необходимой температуры и давления. Внутри водопаровой камеры установлена пропарочная камера, в которую помещают подготовленное белоксодержащее сырьё. В свободное пространство между камерами наливают воду. При нагреве аппарата пар поднимается между стенками камер, проникает в пропарочную камеру сквозь отверстия в верхней части и поднимает в ней давление и температуру, необходимые для протекания процесса. Аппараты снабжаются теплообменниками, перемешивающими устройствами и контрольно-измерительными приборами для измерения и регулирования давления, температуры, уровня жидкости и т.п.

Удалённость очистных сооружений от поставщиков реагента, а также

70

отсутствие исходного сырья (кожа, пух) для производства реагентов в непосредственной близости от потребителя могут послужить естественной преградой для повсеместного распространения технологии обезвреживания ОГСВ аминокислотными реагентами. Поэтому одной из задач исследований являлось изучение и разработка технологии получения аминокислотных реагентов из белоксодержащего осадка сточных вод. Учитывая, что осадки сточных вод в основном представлены активным илом, основным веществом которого является белок (до 44%), исследования в этой части представляются перспективными.

Реагенты могут производиться по следующей схеме, разработанной ННГАСУ (рисунок 7): активный ил после отстойника или илоуплотнителя (влажность 98-99,3%) обезвоживают на мембранном фильтре. Кек подсушивают до влажности 40%, измельчают и помещают в автоклав. Туда же вводят NaOH. Далее смесь подвергают гидролизу в течение 20-30 минут при температуре 100-120оС. Гидролизат, содержащий натриевые соли аминокислот (2-3 моль/л), соответствуют реагенту с торговым названием АК-3Э.

При добавлении в гидролизат раствора аммиакатной меди в виде отработанного раствора травления печатных плат получают 0,6-0,8 молярный раствор бактерицидного реагента, аналогичного составу ММЭ-Т.

Испытания показали, что полученные из активного ила аминокислотные реагенты по бактерицидным и детоксицирующим свойствам не уступают реагентам, производимым из животного сырья (шкуры, пух). Снижение молярности получаемых из активного ила реагентов не может отрицательно сказаться на эффекте обезвреживания осадков, т.к. рабочая концентрация реагентов АК-3Э и ММЭ-Т составляет 0,5-1 моль/л.