МОДЕЛЮВАННЯ КІНЕТИКИ ПРОЦЕСУ ВИДАЛЕННЯ СПОЛУК ЗАЛІЗА В БІОРЕАКТОРІ

УДК:628.15

DOI:10.25140/2411-5363-2017-4(10)-247-254

Автор:

Квартенко Олександр Миколайович , Національний університет водного господарства та природокористування (вул. Соборна, 11, м. Рівне, Україна, 33028, Україна)

Присяжнюк Ігор Михайлович, Рівненський державний гуманітарний університет, м. Рівне, Україна

Мова статті: українська

Анотація:

Актуальність теми дослідження. Проведений аналіз сучасних технологій очищення підземних вод показав, що одним із перспективних методів є метод біохімічного знезалізнення за допомогою залізобактерій.

Постановка проблеми. У зв’язку із застосуванням технології біохімічного знезалізнення підземних вод на станціях, які будуються, а також його впровадженням при реконструкції діючих станцій, постало питання щодо подальшого розвитку моделювання кінетики процесу видалення сполук заліза в біореакторах.

Аналіз останніх досліджень та публікацій. Існуючі математичні моделі видалення сполук заліза в основному описують фізико-хімічні процеси знезалізнення підземних вод за методом спрощеної аерації – фільтрування. Вирі­шенню цієї проблеми присвячені роботи закордонних та вітчизняних учених.

Виділення не вирішених раніше частин загальної проблеми. Моделювання кінетики процесу біохімічного вилучення сполук заліза в біореакторі за допомогою залізобактерій.

Виклад основного матеріалу. Внаслідок всебічного вивчення процесу біохімічного окиснення сполук заліза за допомогою залізобактерій була запропонована кінетична модель, компонентами якої були концентрації заліза, додаткового неорганічного вуглецю у вихідній воді, а також концентрації утворених біомінералів. Крім того, враховувалися середні величини біомаси мікроорганізмів як в одиниці об’єму вихідної води, так й іммобілізованої в контактному завантаженні біореактора. На відміну від існуючих кінетичних моделей було враховано вплив залізобактерій, які знаходяться у вихідній воді, на динаміку їх розвитку в контактному завантаженні біореактора.

Висновки. Запропонована біохімічна модель описує кінетичні процеси очищення води від сполук заліза залежно від зміни чисельності залізобактерій, які проходять через біореактор, а також тих, які закріплені на поверхні контактного завантаження та створених ними структурах. Комп’ютерна реалізація моделі дозволить прогнозувати зміну ефективності очищення залежно від концентрації іонів Fe2+, вмісту залізобактерій, присутності додаткового джерела вуглецю, швидкості фільтрування, а також враховувати зміну показників якості вихідної води.

Ключові слова:

залізобактерії, кінетика, конвективний перенос, сполуки заліза, структури біомінералів

Список використаних джерел:

1. Mouchet P. From Conventional to Biological Removal of Iron and Manganese in France / P. Mouchet // Journal of the American Water Works Association. – 1992. – Vol. 84, no. 4. – Рp. 158–167.

2. Du Toit G. Biological filtration for sustainable treatment of groundwater with high iron content  a case study / G. du Toit, H. Blignaut, B. Theunissen, J. Briggs // Water SA. – 2014.

3. Stum, W., and Lee, G. F. (1961). Oxygenation of ferrous iron, Industrial Eng. Chem. 53, 143146.

4. Tamura, H., Goto, K., and Nagayama, M. (1976). The effect of ferric hydroxide on the oxygenation of ferrous ions in neutral solutions, Corrosion science, 16, 197–297.

5. Barry, R. C., Schnoor, J. L., Sulzberger, B., Sigg, L., and Stumm, W. (1994). Iron oxidation kinetecs in an acidic alpine lake. Wat. Res. Vol. 28, No. 2, pp. 323–333.

6. Станкявичус В. И. Обезжелезивание воды фильтрованием / В. И. Станкявичус. – Вильнюс : Москалас, 1978. – 117 с.

7. Олейник А. Я. Математическое моделирование процесса удаления железа из природных вод фильтрованием. / А. Я. Олейник, Г. И. Семенко // Химия и технология воды. – 1997. – Т. 19, № 5. – С. 451–457.

8. Киселев С. К. Моделирование и расчеты обезжелезивания воды на очистных фильтрах с учетом изменения гидравлических свойств загрузки : дис. канд. техн. наук : спец. 05.23.04 / Киселев Сергей Константинович ; Киевский национальний ун-т строительства и архитектуры. – К., 2000. – 161 с.

9. Поляков В. Л. До теорії фізико-хімічного знезалізнення підземних вод та її інформаційного забезпечення / В. Л. Поляков, С. Ю. Мартинов // Чиста вода. Фундаментальні, практичні та промислові аспекти : матеріали V Міжнародної науково-практичної конференції (26-27 жовтня 2017). – К., 2017. – С. 178–181.

10. Krezhav K. New materials based on biogenic iron oxides: study of composition, features and behavior Biogenic ferroxides. INAA study of laboratory cultivated and natural products of iron oxidizing bacteria (FeOB). The Second International Conference on Radiation add Dosimetry in Various Fields of Reseach. May 27–30. Faculty of Biology, Sofia University.

11. Søgaard, G.E. Conditions and rates of biotic and abiotic iron precipitation in selected Danish freshwater plants and microscopic analysis of precipitate morphology / G.E. Søgaard, R. Medenwaldt, J.V. Abraham-Peskir // Water Research. – 2000. – No. 34 (10). – Рp. 2675–2682.

12. Suzuki, T., Hashimoto, H., Itadani, A., Matsumoto, N., Kunox, H., Takada, J. Silicon and Phosphorus Linkage with Iron via Oxygen in the Amorphous Matrix of Gallionella ferruginea Stalks. Applied and Enviromental Microbiology. – 2012. – Vol. 78, (1). – Pp. 236–241.

13. Graham L.L., Harris R., Villinger W., Beveridge T.J. (1991). Freeze-substitution of Gram-negative eubacteria: general cell morphology and envelop profiles. J. Bacteriol 173: 1623–1633.

14. Askerniia A. A. Microbiological aspects of natural underground water deironing and demanganation / A. A. Askerniia, A. Iu. Sorokina, G. A. Dubinina // Vodosnabzhenie i Sanitarnaia Tekhnika. – 2014. – No. 12. – Pp. 14–21.

15. Biological Processes at Saints Hill Water-Treatment Plant, Kent / F. Bourgine, M. Gennery, J.I. Chapman, H. Kerai, J.G. Green, R.J. Rap, S. Ellis, C. Gaumard // J. IWEM. – 1994. – 8 August. – Pр. 379–392.

16. Hallbeck L. Culture parameters regulating stalk formation and growth rate of Gallionella ferruginea / Hallbeck L., Pedersen K. // Journal of General Microbiology. – 1990. – № 136. – Рр1675–1680.

17. Николадзе Г. И. Обезжелезивание природных и оборотных вод / Г. И. Николадзе. – М. : Стройиздат, 1978. – 160 с.

Завантажити